Energiespeicher: Fester Elektrolyt macht Akkus sicherer

Festkörperakku: kein Kühlsystem und kein Schutz (Bild: Forschungszentrum Jülich)

Keine Feuergefahr, kein Auslaufen giftiger Flüssigkeit: Forscher aus Jülich haben einen Akku mit einem festen Elektrolyt entwickelt. Der soll sich vor allem für Elektroautos eignen.

Einen sicheren Akku haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich entwickelt: Er hat einen festen Elektrolyt, der nicht auslaufen oder in Brand geraten kann. Dafür kommt eine spezielle Keramik zum Einsatz.

Der Elektrolyt ist das Medium, durch das die Lithium-Ionen während des Entladens von der Anode zur Kathode wandern. Es isoliert zudem die beiden Pole. Meist ist der Elektrolyt flüssig, kann aber auch fest sein. Dann muss das Material in seiner atomaren Gitterstruktur Leerstellen aufweisen, die die Lithium-Ionen besetzen und durch den festen Elektrolyt wandern können.

Akku soll dünner werden

"Der Mechanismus läuft allerdings etwas langsamer ab als die Diffusionsvorgänge innerhalb eines flüssigen Elektrolyten. Das erhöht den Widerstand für den Ionentransport, was die abrufbare Leistungsdichte der Batterie verringert", sagt Sven Uhlenbruck. Diese schlechtere spezifische Leitfähigkeit lässt sich aber dadurch ausgleichen, dass der Elektrolyt sehr dünn ist. "Unser Ziel ist es, die Dicke des Feststoffelektrolyten auf wenige Mikrometer zu reduzieren".

Flüssige Elektrolyten, die zumeist auch noch giftig sind, können auslaufen, wenn der Akku beschädigt wird. Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus überhitzen zudem schon mal und fangen Feuer.

Da läuft nichts aus

Diese Gefahr besteht bei einem Feststoff-Lithium-Ionen-Akku nicht: "Die Zellen können bei Unfällen und Fehlern nicht in Brand geraten und nicht auslaufen. Sie könnten eine deutlich längere Lebensdauer haben und sind auf jeden Fall weniger temperaturempfindlich", sagt Olivier Guillon.

Anders als die Akkus mit dem flüssigen Elektrolyt benötigen Feststoffzellen kein Kühlsystem und keinen Schutz, da sie unempfindlich gegen mechanische Belastungen wie Stöße und Vibrationen sind. Dadurch sind sie vor allem für Elektroautos gut geeignet.

Die Jülicher Forscher haben einen Prototyp gebaut, der schon mehr als 350 Ladezyklen überstanden hat. Wann die Technik, die die Forscher in den Fachzeitschriften Nachrichten aus der Chemie und Journal of Power Sources beschreiben, Marktreife erlangen könnte, ist nicht bekannt.