Achtfache Laufzeit für Lithium-Akkus im Labor

Koreanische Wissenschaftler schlagen neue Elektroden und Elektrolyte vor

An der südkoreanischen Universität Hanyang forschen mehrere Teams an Verbesserungen für Lithium-Ionen-Akkus. In neuen wissenschaftlichen Papieren schlagen die Koreaner sowohl neue Materialien für die Elektroden wie das Elektrolyt vor.

Lithium-Ionen-Akkus, wie sie sich heute in jedem Handy oder Notebook finden, sind noch immer die aufladbaren Batterien mit der höchsten Energiedichte und den meisten Ladezyklen. Neben mobiler Elektronik werden sie auch in einigen Elektroautos verwendet, wobei sich aber die Grenzen der Technik zeigen: Lithium-Akkus für Fahrzeuge wiegen mehrere 100 Kilogramm, wenn eine zu Verbrennungsmotoren vergleichbare Reichweite erreicht werden soll.

Weltweit arbeiten Forscher daher vor allem zur Bekämpfung des Klimawandels und nicht mehr primär für mobile Elektronik an einer Erhöhung der Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus. Dafür existieren mehrere Vorschläge, die vor allem darauf abzielen, die Oberfläche der Elektroden zu erhöhen. Bisher kam hier, unter anderem in Labors des US-Energieministeriums, Nanotechnologie zum Einsatz - die verwendeten Materialien änderten sich kaum.

Mit staatlicher Förderung haben nun mehrere Teams der koreanischen Universität Hanyang sowohl für Elektroden wie auch das Elektrolyt neue Stoffe erforscht. Die negative Elektrode soll dabei aus Graphit gebaut sein, an das sich sehr feine Siliziumverbindungen anlagern. Das vergrößert die Oberfläche erheblich.

Um dabei die Elektronenbeweglichkeit noch im geforderten Rahmen zu halten, ist auch ein neues Elektrolyt nötig. Die Koreaner setzen dabei auf eine Kombination aus den bisher schon kommerziell verwendeten Lithium-Salzen und Polyethylen-Oxid (PEO). Bisher galt PEO nur bei weit über der Raumtemperatur angesiedelter Hitze als flüssig zu machen, und damit für die Anwendung in einem Elektrolyt als unbrauchbar.

An der Hanyang-Universität ist es nun nach Papieren der Wissenschaftler gelungen, PEO mit Litihium-Salzen so zu vermischen, dass das Elektrolyt, bei dem die Salze in PEO gelöst werden, auch bei Raumtemperatur noch flüssig genug ist. Damit können sich die Elektronen zwischen den Elektroden wie bei bisherigen Materialien bewegen.

Im Ergebnis sollen die so entstehenden Akkus im Vergleich mit bisherigen Geräten bei gleichem Gewicht achtmal länger durchhalten. Ob sich das bisher nur im Labor nachgewiesene Verfahren auch kommerziell einsetzen lässt, und wann das der Fall sein könnte, gaben die Wissenschaftler nicht an. Sie haben ihre Ergebnisse in den aktuellen Ausgaben der Fachzeitschriften "Angewandte Chemie" und "Journal of Applied Polymer Science" veröffentlicht.