Durchbruch löst großes Problem von Lithium-Metall-Akkus

Das Material von Akku-Anoden, also jener Elektrode, die beim Laden Elektronen aufnimmt, spielt eine wichtige Rolle für die Kapazität und Leistung des Akkus. Momentan kommt am häufigsten mit Kupfer beschichtetes Grafit zum Einsatz, da es kostengünstig und stabil ist. Anoden aus Lithium-Metall können aber die Energiedichte und Ladegeschwindigkeit von Batterien deutlich verbessern.

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Das Problem ist allerdings, dass Lithium-Metall anfällig ist, während der Lade-Entladezyklen sogenannte Dendriten zu bilden. Diese Kristallstrukturen wachsen wie Äste aus den Anoden heraus und können die feine Schicht durchstoßen, die die Anode von der Kathode trennt: Es entsteht ein Kurzschluss und im schlimmsten Fall ein Thermal Runway. 

Zusatz lässt Akku länger leben

Forscher des südkoreanischen Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology haben nun allerdings einen Weg gefunden, um diese Dendriten zu verhindern. Bereits bekannt war, dass der Zusatz von Lithiumfluorid und Silber zum Elektrolyten der Batterie die Dendritenbildung unterdrücken kann. Die Forscher kombinierten die Chemikalien allerdings, indem sie sogenanntes Silbertriflat (AgCF₃SO₃) dem Elektrolyten beimischten. In der Batterie entsteht durch diesen Zusatz sowohl Silber als auch Lithiumfluorid.

In ihren Experimenten konnten die Forscher so Akkuzellen mit ultradünnen Lithium-Metall-Anoden (20 Mikrometer) bauen, die 7 Mal länger hielten als Zellen ohne den Zusatz. "Wir erwarten, dass dieser Fortschritt die Kommerzialisierung von Lithium-Metall-Batterien für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge, unbemannte Luftfahrzeuge und Schiffe beschleunigen wird", wird Professor Yu Jong-sung in einer Aussendung zitiert.

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Energiedichte 10 Mal höher als bei Lithium-Ionen-Akkus

Das Potenzial ist enorm. Während unbehandelte Lithium-Metall-Akkus in etwa halb so lange wie Akkus ohne Lithium-Metall halten, wäre die Lebensdauer durch den Zusatz kein Problem mehr. Die Energiedichte von Akkus mit Lithium-Metall-Anoden ist allerdings mehr als 10 Mal höher als jene von Akkus mit Grafit-Anoden (3.860 mAh/Gramm vs. 375 mAh/Gramm). Dies ist allerdings nur eine theoretische Maximalzahl, die schlussendliche Energiedichte dürfte deutlich darunter liegen.