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pte20190613013 Forschung/Technologie, Umwelt/Energie

Zähflüssige Anode revolutioniert Akkus

Reichweite von Elektroautos laut Forschern der Carnegie Mellon University deutlich verbessert


Innovative zähflüssige Anode für Hochleistungsbatterien (Foto: cmu.edu)
Innovative zähflüssige Anode für Hochleistungsbatterien (Foto: cmu.edu)

Pittsburgh (pte013/13.06.2019/11:30) - Eine Anode, die auf einer Mixtur aus einem Polymer, angereichert mit Kohlenstoff und Nanopartikeln aus Lithium basiert, verbessert die Kapazität von Lithium-Metall-Batterien drastisch. Das haben Forscher der Carnegie Mellon University http://cmu.edu herausgefunden. Laut den Experten ist diese Anode bei Zimmertemperatur zähflüssig, sodass sie einen innigen Kontakt zum Festkörper-Elektrolyten hat. Das gilt als Voraussetzung für eine hohe Speicherfähigkeit. Weiterer Vorteil: Dieser Akku lässt sich sehr schnell aufladen.

Keramische Elektrolyte sicherer

Akkus mit metallischer Anode sind ein Traum für alle Akku-Forscher, weil sie eine weit höhere Kapazität haben als die heute verwendeten Lithium-Ionen-Batterien. Sie haben jedoch einen entscheidenden Nachteil: Während des Betriebs entstehen sogenannte Dendrite, das sind nadelspitze Auswüchse, welche die Trennschicht zwischen Anode und Kathode durchstoßen können. Der so entstehende Kurzschluss entzündet den Elektrolyten, der die beiden Elektroden voneinander trennt. Selbst Explosionen sind in einem solchen Fall möglich.

Keramische Elektrolyte, die nicht entzündlich sind, können das verhindern, weil sie den Dendriten genügend Widerstand entgegensetzen. Doch es ist nicht möglich, den für das Funktionieren der Batterie nötigen innigen Kontakt zwischen Anode und Elektrolyt herzustellen. Mit der neuen zähflüssigen Anode ist das kein Problem. "Diese Anode kann den Durchbruch für die Lithium-Metall-Batterie bedeuten", sagt Forschungsleiter Jay Whitacre. Die zähflüssige Anode haben seine Doktoranden Sipei Li und Han Wang entwickelt.

Batterien auf Natrium- und Kalium-Basis

Die Forscher glauben, dass ihre Entwicklung Folgen hat, wenn sie einmal industriell einsetzbar ist. Die Reichweite von E-Fahrzeugen und -flugzeugen könnte sich deutlich erhöhen. Außerdem könnten sie die Nutzungsdauer von elektrischen Geräten wie Smartphones und Tablets verlängern. Das Verfahren könnte auch genutzt werden, um Batterien mit anderen Metallen herzustellen, die billiger sind als Lithium und, anders als dieses Metall, in großen Mengen zur Verfügung stehen. Kandidaten dafür sind unter anderem Kalium und Natrium.

(Ende)
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