Lithiumbatterien mit metallischen Elektroden gab es schon in den Achtzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts. Sie hatten eine doppelt so hohe Kapazität wie heutige Lithiumbatterien, deren Anode nicht aus Metall ist, sondern aus Graphit. Trotzdem setzte sie sich nicht durch. Weil die Entwickler einen flüssigen Elektrolyten verwenden mussten, der brennbar war, explodierten die Akkus beim kleinsten internen Kurzschluss. Außerdem verformten sich die Elektroden, sodass die Batterien nach wenigen Zyklen kaum noch Strom lieferte. Dazu kam, dass die Ladezeit bei 20 bis 50 Stunden lag. Also gab es einen weltweiten Schwenk hin zur sichereren Lithium-Ionen-Batterie.


Bild: Evan Dougherty, Michigan Engineering

Keramischer statt flüssiger Elektrolyt

Jetzt geht es wieder andersherum. Forscher an der University of Michigan in Ann Arbor haben der metallischen Lithium-Batterie die Flausen ausgetrieben. Das gelang ihnen durch Ersatz des flüssigen durch einen keramischen Elektrolyten, der eine spezielle Struktur hat. Der hat gleich drei Vorteile. Er ist unbrennbar, sodass Kurzschlüsse ohne gefährliche Folgen bleiben. Der keramische Film stabilisiert zudem die Oberfläche der verformungsanfälligen Elektrode. Und die Ladezeit verkürzt sich auf drei Stunden. Das ist vergleichbar mit den heute eingesetzten Batterien.

Keine Kapazitätsverluste nach zahlreichen Zyklen

„Unsere Entwicklung könnte bahnbrechend sein“, sagt Jeff Sakamoto, Professor für Mechanik, der das Forscherteam leitet. Wenn es gelingt, eine wirtschaftliche Fertigung aufzubauen, haben Elektroautos die doppelte Reichweite. Laptops und Tablets geht kaum noch die Puste aus und Smartphones lassen sich doppelt o lange nutzen, ohne ans Ladegerät zu müssen. „Wir haben unsere Batterie 22 Tage lang ständig geladen und wieder entladen“, sagt Sakamoto. Er habe danach keinen Kapazitätsverlust feststellen können.


Die Idee, keramische Elektrolyte zu nutzen, hatten schon andere Forscher. Doch die Kapazität dieser Batterien war inakzeptabel. Jetzt scheint der Durchbruch geschafft. Lithium-Metall-Batterien haben eine Kapazität von 1200 Wattstunden pro Liter, doppelt so viel wie heute genutzte Batterien. Das bedeutet, man kann bei gleichem Batterievolumen doppelt so viel Strom speichern.

 

via University of Michigan

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