Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Kapazität. Doch sie sind tückisch. Manchmal brennen sie vermeintlich ohne Grund, oder sie explodieren sogar, wie es Samsung kürzlich bei Akkus in Smartphones erleben musste. Schweizer Forscher arbeiten jetzt an einer neuen Generation, die ohne das gefährliche und zunehmend rarer werdende Lithium auskommen. Stattdessen setzen sie auf Natrium oder Magnesium. Als Elektrolyt, der die Elektroden voneinander trennt, setzen die Schweizer statt auf eine Flüssigkeit auf einen Festelektrolyten, der bis zu einer Temperatur von 300 Grad Celsius chemisch stabil bleibt und unbrennbar ist. Der Elektrolyt hat die Aufgabe, beim Laden lediglich positiv geladene Ionen durchzulassen, sie also von den negativ geladenen Elektronen zu trennen. Es baut sich eine elektrische Spannung auf, die beim Entladen der Batterie einen Strom fließen lässt, Dabei passieren die Ionen den Elektrolyten in umgekehrter Richtung.


Sicherheit durch Festelektrolyte

Um die Mobilität der Ionen zu gewährleisten, entwickelten die Forscher um Arndt Remhof von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) feste Elektrolyten, die eine kristalline chemische Struktur aufweisen. Magnesium- beziehungsweise Natriumionen nutzen die Lücken im Gitter, um durchzuschlüpfen. Je schneller sie das schaffen, umso leistungsfähiger ist die Batterie.


Bei höheren Temperaturen haben es die Ionen leichter durchzukommen. Für den normalen Gebrauch sind hohe Temperaturen jedoch unpraktisch, vor allem in einem Smartphone. Remhof und seinem Team ist es gelungen, einen Elektrolyten zu entwickeln, der bereits bei Zimmertemperatur eine ausreichende Durchlässigkeit für Natriumionen hat.

Heiße Kiste mit Magnesium

Mit Magnesium klappt es noch längst nicht so gut. Die flutschen erst bei 70 Grad durch den Elektrolyten. Mit diesem Material weiterzuarbeiten ist jedoch besonders reizvoll. Denn Magnesiumbatterien haben rein rechnerisch die doppelte Kapazität von Lithium-Akkus, die ihrerseits die Natrium-Speicher deutlich übertreffen. Dieser hat noch einen weiteren Nachteil: Natrium ist leicht entzündlich. Es muss also unbedingt verhindert werden, dass das Metall mit Luftsauerstoff in Berührung kommt.

Am Projekt Novel Ionic Conductors, wie es die Schweizer nennen, arbeiten Forscher der Empa mit Kollegen der Universität Genf, des Paul Scherrer Instituts und des polnischen Henryk Niewodniczański Instituts für Nuklearphysik zusammen.

 

via SNF

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