Akkubrand: Dünne Kupferschicht warnt vor dem Kurzschluss

Eine wenige Nanometer dicke Kupferschicht soll Akkubrände verhindern: Sie dient als Warnsystem, das rechtzeitig erkennt, wenn ein Kurzschluss droht. Der Akku kann ausgetauscht werden, bevor er Feuer fangen kann.

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Lithium-Ionen-Akku: Dendriten wachsen zur Kathode.
Lithium-Ionen-Akku: Dendriten wachsen zur Kathode. (Bild: Bloomberg via Getty Images)

Lithium-Ionen-Akkus haben sich als Energiespeicher in Laptops, Smartphones und Elektroautos durchgesetzt. Allerdings sind sie nicht ganz ungefährlich: Sie können explodieren. Anfang des vergangenen Jahres mussten zwei Passagierflugzeuge von Boeing sogar notlanden, weil sich ein Akku entzündet hatte. Eine hauchdünne Kupferschicht soll künftig rechtzeitig davor warnen.

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Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus einer Anode aus Grafit, einer Kathode aus Lithiumoxid und einem Elektrolyt zwischen beiden. Das Lithium bildet Verästelungen an der Anode aus, sogenannte Dendriten. Wachsen sie bis zur Kathode hinüber, lösen sie einen Kurzschluss aus, durch den der Akku überhitzt wird und in Einzelfällen Feuer fangen kann.

Spannungsmessung

Materialforscher der Universität in Stanford im US-Bundesstaat Kalifornien haben ein Warnsystem für Akkus entwickelt: Es besteht aus einer 50 Nanometer dicken Kupferschicht, die sich zwischen zwei dünnen Polymerlagen befindet. Das Kupfer ist mit einer Elektrode verbunden, die zur Spannungsmessung dient.

Erreichen die Dendriten das Kupfer, komme es zu "einer ausgeprägten Spannungsänderung", schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Communications. Der Spannungsabfall zeigt an, dass die Gefahr eines Kurzschlusses besteht. Der Akku kann ausgetauscht werden, bevor es dazu kommt.

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"Dieser Erkennungsmechanismus ist sehr empfindlich, genau und wird deutlich vor dem Kurzschluss aktiviert", erklären die Wissenschaftler um Hui Wu und Denys Zhuo. "Er kann in vielen verschiedenen Akkutypen für mehr Sicherheit sorgen."

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