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Sichere Festkörper-Akkus holen bei Leitfähigkeit auf

14.06.2017

Lithium-Ionen-Akkus enthalten einen flüssigen Elektrolyten, der auslaufen und bei Überhitzung in seltenen Fällen explodieren kann. Eine sicherere Alternative sind Batterien mit Festkörperelektrolyten. Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs-und Forschungsanstalt (Empa) haben nun einen solchen entwickelt, der es in Sachen Leitfähigkeit mit den flüssigen Varianten aufnehmen kann.

Batterien mit Festkörperelektrolyten gibt es zwar bereits auf dem Markt, aber noch nicht als Massenprodukt und nicht mit der gleichen hohen elektrischen Leitfähigkeit wie Flüssigelektrolyte, schreibt die Schweizer Forschungsanstalt Empa in einer Mitteilung vom Mittwoch. Das stellt einen großen Nachteil dar.

Einem Forscherteam um Arndt Remhof von der Empa ist es nun jedoch gelungen, einen Festkörperelektrolyten mit ähnlich hoher Leitfähigkeit zu entwickeln wie bei der in den allgegenwärtigen Lithium-Ionen-Akkus üblichen flüssigen Variante. Davon berichteten sie kürzlich im Fachblatt "Advanced Energy Materials".

Der neu entwickelte Elektrolyt beruhe auf dem Material Amid-Borohydrid, schrieb die Empa. Seine Leitfähigkeit sei bei Raumtemperatur mit der eines Flüssigelektrolyten vergleichbar. Außerdem halte er 150 Grad Celsius aus. Bei solcher Hitze wären Flüssigelektrolyte ein Sicherheitsrisiko.

Arbeit an weiteren Verbesserungen

Allerdings hält der Lithium-Amid-Borohydrid-Elektrolyt noch keine hohen Spannungen aus, nämlich bisher erst ein Volt - viel zu wenig für eine markttaugliche Batterie. Mithilfe anderer Borverbindungen konnten die Forscher den Elektrolyt auch bis zu drei Volt stabilisieren und arbeiten an weiteren Verbesserungen, um die Voraussetzungen für alltagstaugliche Festkörperakkus zu schaffen.

Das Empa-Team hatte vor kurzem bereits Festkörperelektrolyte auf Basis von Natrium und Magnesium statt Lithium entwickelt, die ebenfalls bei hohen Temperaturen stabil bleiben. Allerdings waren diese Akku-Prototypen deutlich größer als ihre Lithium-haltigen Pendants, beziehungsweise brauchten mindestens 70 Grad Celsius, um eine ähnliche Leitfähigkeit zu erreichen.

Nach vereinzelten Fällen explodierter Handyakkus ist das öffentliche Interesse an sichereren Batterien gestiegen. In der Schweiz forschen mehrere Gruppen an einer neuen Generation von Akkus mit Festkörperelektrolyten, die weder auslaufen noch brennen.

Service: Fachartikelnummer - DOI: 10.1002/aenm.201700294

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