Warum Seife jetzt Metall-Akkus besser machen soll

Lithium-Metall-Akkus eignen sich für viele Anwendungen: zum Speichern von erneuerbarer Energie, für Elektrofahrzeuge und sogar für Unterhaltungselektronik. Sie haben bei gleicher Größe bis zu 40 Prozent mehr Kapazität als herkömmliche Akkus und sind zudem langlebiger als Lithium-Ionen-Batterien. Es gibt allerdings einen Haken. Herkömmliche Elektrolyte funktionieren in Batterien auf Metallbasis nicht gut.

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Lithium-Metall-Akkus verwenden eine Anode aus metallischem Lithium anstelle von Graphit, das bei Anoden von Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz komm. Der Elektrolyt ist typischerweise eine salzhaltige Lösung, die die Bewegung elektrischen Ladung zwischen den beiden Polen (Anode und Kathode) einer Batterie ermöglicht. 

Seife brachte Forscher*innen auf neue Idee

Wie eine neue Studie nun andeutet, könnte Seife die Lösung bieten, damit sich Anoden aus metallischem Lithium und Elektrolyte besser vertragen. Dabei wird die Seife nicht mit dem Elektrolyt vermischt. Vielmehr inspirierte die Funktionsweise von Seife Forscher*innen der Brown University, einen neuen Lösungsansatz zu suchen.

Wenn man sich etwa seine schmutzigen Hände mit Seife wäscht, bildet die Seife Strukturen, die Mizellen genannt werden. Diese Mizellen hüllen Fett, Schmutz und Keime ein, damit sie mit dem Wasser abgespült werden können. Die Forscher*innen stellten fest, dass ein ähnlicher Prozess in einem vielversprechenden Elektrolyt für die Entwicklung Lithium-Metall-Batterien abläuft.

Mizellenähnliche Strukturen im Elektrolyt

Diese sogenannten hoch konzentrierten Elektrolyte enthalten mehr Salz und noch ein Verdünnungsmittel, damit der Elektrolyt besser fließen kann. "Dabei bilden sich im Elektrolyten ebenfalls mizellenähnliche Strukturen - wie bei der Seife", erklärt der Forscher Bin Li, der an der Studie beteiligt war, in einer Aussendung. Das Lösungsmittel funktioniert dabei wie die Seife, indem es sowohl das Salz als auch das Verdünnungsmittel einschließt.

Die Konzentrationen dieser Stoffe machen aus, wie effizient die Elektrolyte in Lithium-Metall-Akkus sind. Durch die neue Entdeckung konnten die Forscher*innen genau ermitteln, welche Konzentrationen für eine optimale Funktionsweise nötig sind. 

"Das Konzept der Mizellen mag für Elektrolyte neu sein, aber es ist in unserem täglichen Leben sehr verbreitet. Jetzt haben wir eine Theorie, um die gewünschten Wirkungen zwischen Salz, Lösungsmittel und Verdünnungsmittel im Elektrolyten zu erreichen", sagt Professor Yue Qi. 

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