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pte20210617003 Forschung/Entwicklung, Umwelt/Energie

Forscher lösen Problem explodierender Akkus

KIST-Wissenschaftler verhindern Bildung gefährlicher Dendrite mittels neuer Passivierungsschicht


KIST-Forscher Joong Kee Lee (links) und Kollege (Foto: eng.kist.re.kr/kist_eng)
KIST-Forscher Joong Kee Lee (links) und Kollege (Foto: eng.kist.re.kr/kist_eng)

Seoul (pte003/17.06.2021/06:10) - Forscher am Korea Institute of Science and Technology (KIST) http://eng.kist.re.kr/kist_eng haben die Lösung für explodierende Akkus gefunden: Eine Passivierungsschicht zwischen der Lithium-Elektrode und dem Elektrolyten. Sie verhindert die Bildung sogenannter Dendriten, das sind nadelspitze Wucherungen auf der Lithium-Elektrode, die den Elektrolyten durchstoßen können. Dann berühren sie die andere Elektrode und es kommt zum Kurzschluss. Wenn die Batterie hoch aufgeladen ist, kann das in einer Explosion enden.

Veredelung in einem Plasma

Die Passivierungsschicht besteht aus Fullerenen, die die Forscher in einem Plasma veredelt haben. Plasmen entstehen, wenn Atome und Moleküle durch starke elektromagnetische Felder auseinandergerissen werden. Positiv und negativ geladene Teilchen bilden dann eine kunterbunte Mischung, die beispielsweise die Oberfläche von Kunststoffen so aufraut, dass Farbe darauf hält, etwa im Automobilbau.

Fullerene wiederum sind fußballförmige Moleküle aus Kohlenstoffatomen, die sich in Fünf- und Sechsecken anordnen. Sie haben viele Eigenschaften, sind unter anderem gute Halbleiter, sodass sie in der Mikroelektronik eine Rolle spielen. Plasmabehandelt lassen sie Lithium-Ionen passieren, Elektronen jedoch nicht. Deshalb können Dendrite nicht wachsen. Wird die Elektrode nicht aus reinem Lithium, sondern aus Lithium-Kobaltoxid hergestellt, so sinkt die Kapazität nach 500 Zyklen auf 81 Prozent der Anfangskapazität, weiß Forschungsleiter Joong Kee Lee. Das entspricht einer Verbesserung um 60 Prozent.

Suche nach preiswertem Ersatz

"Die effektive Unterdrückung des Dendritenwachstums auf Lithium-Elektroden ist relevant für die Verbesserung der Batteriesicherheit. Die von uns entwickelte Technologie zur Entwicklung hochsicherer Elektroden bietet eine Blaupause für die Entwicklung der nächsten Generation Batterien, die keine Brandgefahr darstellen", so Lee. Nächstes Ziel sei die Überführung des Prozesses in den industriellen Maßstab. Hier erweisen sich die Kosten zur Herstellung der Fullerene noch als Hindernis. "Wir wollen sie daher durch andere Materialien ersetzen", sagt Lee.

(Ende)
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