Dank rotem Phosphor: Forscher können die Reichweite von Elektroautos verzehnfachen

Mit Lithium-Metall-Batterien kämen Elektroautos fast zehnmal so weit wie mit den heute eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien. Doch man findet sie in keinem Fahrzeug. Sie neigen dazu, vor allem beim Aufladen, zu explodieren, was besonders schlimm ist, weil sie extrem viel Energie speichern.

Zumindest diese Unart haben Forscher an der Rice University in Houston im US-Bundesstaat Texas dem Stromspeicher ausgetrieben. Zusätzlich zum Elektrolyten, der die beiden Elektroden voneinander trennt, sodass es keine Kurzschlüsse geben kann, haben die Forscher um den Chemiker James Mitchell Tour eine Folie aus rotem Phosphor eingebracht, die die Ladestromparameter verändert, wenn sie verletzt wird. Das ist ein Zeichen dafür, dass die Batterie in Gefahr ist.

Nadelspitze Auswüchse lösen Kurzschlüsse aus

Verletzungen treten durch so genannte Dendrite auf, die aus metallischem Lithium bestehen. Dabei handelt es sich um nadelspitze Auswüchse, die vor allem bei Laden entstehen und immer größer werden. Bei Batterien ohne das Phosphor-Frühwarnsystem bohren sich die Dendrite nach und nach durch den Elektrolyten. Erreichen sie die zweite Elektrode entsteht ein Kurzschluss, bei dem sekundenschnell der gesamte Energieinhalt frei wird. Im günstigsten Fall gibt es nur ein Feuer, um ungünstigsten eine Explosion.

Um herauszufinden, wie sich der Ladestrom ändert, wenn die Phosphor-Folie angepiekst wird, bauten die Forscher eine transparente Batterie. Jetzt konnten sie das Wachstum der Dedriten genau verfolgen und einen Zusammenhang zwischen Ladestrom und Verletzung des Phosphors herstellen. Diese Information nutzen sie, um den Ladevorgang automatisch zu stoppen.

Fehlerhafte Batterien könnten explodieren

„Wenn solche Batterien einmal in Milliardenstückzahlen gebaut werden kann niemand dafür garantieren, dass alle fehlerlos sind“, sagt Tour. Es sei wahrscheinlich, dass einige explodieren oder Feuer fangen. Das würde das Vertrauen der Autobesitzer in diese Technik nachhaltig erschüttern. „Unsere Entwicklung bedeutet zusätzliche Sicherheit“, so Tour. Für die Zellenhersteller sei es kein Problem, zusätzlich zum Elektrolyten eine weitere Folie einzubauen, de die Eigenschaften des Stromspeichers nicht verändere.

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