Neue Batterie verspricht doppelte Energie für E-Autos und Handys

Lithium-Metall-Batterien gelten als die Akkus der Zukunft. Sie versprechen eine deutlich höhere Kapazität als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus. Beispielsweise können sie bei gleicher Größe doppelt so viel Energie speichern wie Lithium-Ionen-Batterien.

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Diese nächste Akku-Generation ist nicht nur in der Herstellung günstiger, sie kann auch die Reichweite von Elektroautos erheblich steigern, Smartphones müssten deutlich weniger oft aufgeladen werden. Dennoch steht die Entwicklung der Lithium-Metall-Akkus vor einigen Hürden. 

Suche nach einer stabilen Schutzschicht

Am Minuspol der Akkus ist nämlich eine Schutzschicht notwendig, die das hochreaktive Lithium-Metall vor einer ständigen Reaktion mit den Elektrolytbestandteilen schützt. Diese Schicht ist notwendig, damit sich eine Lithium-Metall-Batterie während des Ladevorgangs nicht sofort wieder entleert. 

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Bildet sich beim Ladevorgang keine gleichmäßig flache und stabile Schutzschicht, würden zudem Strukturen auf dem Lithium-Metall wachsen - sogenannte Dendriten. Wenn diese Dendriten den Pluspol erreichen, kommt es zum Kurzschluss der Batterie, was bis zu einem Brand führen kann. 

Fluor-Gehalt stark reduziert

Bislang mussten den Lithium-Metall-Akkus große Mengen an fluorhaltigen Lösungsmitteln und Salze zugesetzt werden, damit sich eine solche Schutzschicht bildet und es nicht zu Kurzschlüssen kommt. "Das ging auf die Kosten ihres ökologischen Fußabdruckes", schreibt die ETH Zürich in einer Aussendung. 

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An der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich wurde nun eine Möglichkeit entwickelt, mit der der Fluor-Gehalt in Lithium-Metall-Akkus um den Faktor 20 reduziert werden kann. Gleichzeitig sollen diese Batterien dadurch stabiler und kostengünstiger werden. 

"Die ETH-Forschenden haben ein Konzept entwickelt, bei dem elektrisch geladene fluorhaltige Moleküle als Vehikel dienen, um das Fluor an die Schutzschicht zu bringen", schreibt die Universität. Ihre neu entwickelte Methode nutze die elektrostatische Anziehung, um die gewünschte Reaktion zu erreichen. 

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Keine Mehrkosten durch neue Methode

Eine der größten Herausforderungen war es, das richtige Molekül zu finden, an denen das Fluor angehängt werden kann und die sich unter den richtigen Bedingungen auch wieder zersetzen, wenn es das Lithium-Metall erreicht hat, heißt es. 

Der große Vorteil dieser Technologie sei, dass sie sich in bestehende Produktionsprozesse nahtlos integrieren lässt. Anpassungen der Produktionseinrichtung oder Zusatzkosten seien nicht notwendig. Als nächsten Schritt will das ETH-Forschungsteam die Methode in Pouch-Zellen übertragen, die in Smartphones zur Anwendung kommen. 

Erschienen sind die Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift "Energy & Environmental Science".