Schwitzende Membran könnte Batterien länger leben lassen

Die Entwicklung leistungsfähiger Lithium-Ionen-Batterien hat in den vergangenen Jahren enorme Fortschritte gemacht. Gleichzeitig bleibt ein grundlegendes Problem bestehen: Wärme. Beim Laden und Entladen entsteht unvermeidlich Hitze, die die Lebensdauer der Batterien verkürzen kann und im Extremfall sogar Sicherheitsrisiken birgt. Forscher:innen arbeiten daher intensiv an Methoden, um Batterien zuverlässig zu kühlen. Eine neue Idee orientiert sich dabei an einem erstaunlich einfachen Vorbild aus der Natur – der Haut von Säugetieren.

Wenn Batterien „schwitzen“

Der menschliche Körper nutzt ein äußerst effektives Kühlsystem: Schwitzen. Verdunstet Wasser auf der Hautoberfläche, wird Wärme abgeführt und die Körpertemperatur stabilisiert. Genau dieses Prinzip hat ein Forschungsteam der City University of Hong Kong auf Batterietechnik übertragen.

Die Forscher:innen entwickelten eine flexible Membran, die Batterien ähnlich wie eine Haut umhüllt. Wird die Batterie warm, setzt die Membran gespeichertes Wasser frei. Dieses verdunstet an der Oberfläche und transportiert dabei Wärme nach außen – ein Prozess, der als Verdunstungskühlung bekannt ist. Kühlt die Batterie anschließend wieder ab, nimmt das Material erneut Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft auf und regeneriert sich automatisch für den nächsten Kühlzyklus.

Dr. Zengguang Sui, einer der beteiligten Forscher, beschreibt die Idee dahinter so: „Wir haben uns gefragt, ob sich das Prinzip aus Schwitzen und Verdunstung technisch nutzen lässt, um Batterien zu kühlen.“

Ein Material mit mehreren Funktionen

Die neu entwickelte „Batteriehaut“ besteht aus einem Verbund verschiedener Materialien. Ein zentraler Bestandteil ist Lithiumchlorid, ein Salz, das Wasser besonders gut aus der Luft aufnehmen kann. Es fungiert gewissermaßen als Feuchtigkeitsspeicher. Graphenoxid wiederum verbessert die Wärmeleitung innerhalb der Membran, sodass sich Hitze schnell über die Oberfläche verteilen kann. Ein Gerüst aus Aktivkohlefasern sorgt gleichzeitig für eine große poröse Oberfläche, auf der Wasser effizient verdunsten kann.

Diese Kombination erlaubt eine selbstregulierende Kühlung. Sobald die Batterie wärmer wird, beginnt das im Material gespeicherte Wasser zu verdunsten und nimmt Wärmeenergie mit. Sinkt die Temperatur, zieht das hygroskopische Salz wieder Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft an und lädt das System neu auf. Externe Energie oder mechanische Komponenten sind dafür nicht notwendig.

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Deutlich niedrigere Temperaturen – und längere Lebensdauer

Laborversuche zeigen, dass dieser biomimetische Ansatz bemerkenswert effektiv sein kann. Unter hohen Wärmelasten konnte die Membran die Temperatur einer Batterie um mehr als 30 Grad Celsius senken. Gleichzeitig erreichte sie eine hohe Kühlleistung pro Fläche, die viele andere passive Kühlstrategien übertrifft.

Ein weiterer Effekt betrifft die Lebensdauer der Batterien. In Tests mit kommerziellen Lithium-Ionen-Zellen verlängerte die Membran die nutzbare Zyklenzahl deutlich – von rund 118 auf etwa 233 Lade- und Entladezyklen.

Neben der Kühlfunktion besitzt das Material noch einen zusätzlichen Vorteil: Es wirkt gleichzeitig flammhemmend. Sollte eine Batterie beschädigt werden oder überhitzen, kann die Membran helfen, gefährliche Kettenreaktionen zu verhindern.

Noch befindet sich die Technologie in einem frühen Entwicklungsstadium. Dennoch sehen die beteiligten Forscher:innen zahlreiche mögliche Anwendungen. Besonders interessant sind Systeme, bei denen Gewicht, Energieverbrauch und Bauraum kritisch sind – etwa in Drohnen, Robotern oder tragbarer Elektronik. Auch in Elektrofahrzeugen könnte eine solche passive Kühlung langfristig eine Rolle spielen.

Die Idee, Batterien mit einer künstlichen „Haut“ auszustatten, zeigt einmal mehr, wie stark technologische Innovationen von natürlichen Vorbildern inspiriert werden können. In diesem Fall genügt ein Mechanismus, der seit Millionen Jahren funktioniert: Schwitzen.

via ACS Axial

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