Batterie der Zukunft

Stromspeicher aus Keramik

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von David Klier

Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben einen neuartigen Akku entwickelt. Ein Feststoff dient als Elektrolyt. Die Entwickler erhoffen sich mehr Leistung und weniger Unfälle.

Am Forschungszentrum Jülich haben Wissenschaftler vielleicht eine Lösung für das Problem auslaufender und überhitzender Akkus gefunden. Das Forscherteam entwickelte einen Feststoff-Lithium-Ionen-Akku. Statt eines flüssigen Elektrolyts verwendeten die Forscher eine Spezialkeramik, wie das Forschungszentrum mitteilt.

Im Labor konnte das Team die neuartige Zelle 350 Mal laden und entladen. Sie sei der Vorläufer einer neuen Generation von Lithium-Ionen-Akkus. Die Verwendung eines festen Elektrolyts bringe viele Vorteile mit sich: "Die Zellen können bei Unfällen und Fehlern nicht in Brand geraten und nicht auslaufen. Sie könnten eine deutlich längere Lebensdauer haben und sind auf jeden Fall weniger temperaturempfindlich", lässt sich Prof. Olivier Guillon vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung in der Mitteilung zitieren.

Noch nicht marktreif

Mit einer Feststoff-Lithium-Ionen-Batterie lasse sich die Energiedichte gegenüber herkömmlichen Batterien deutlich steigern. Die Zellen liessen sich übereinander stapeln. Aufgrund der Temperaturunempfindlichkeit sollen die Festkörperbatterien ohne Kühl- und Schutzvorrichtungen auskommen. Das spare Platz. Denkbar wäre somit auch der Einsatz in Elektrofahrzeugen.

Marktreif ist die Entwicklung allerdings noch nicht. Der Festkörper weist derzeit noch einen sehr hohen Widerstand auf.

Spezialkeramik als Elektrolyt

Die Funktion des Elektrolyts ist es, die Lithium-Ionen während dem Entladevorgang auf ihrem Weg von der Anode zur Kathode zu leiten. Gleichzeitig muss das Elektrolyt die beiden Pole elektrisch isolieren. Diese Aufgabe kann anstelle einer Flüssigkeit auch ein Festkörper übernehmen. Geeignete Materialien, wie die Spezialkeramik, würden Leerstellen in ihrer atomaren Gitterstruktur aufweisen. Die Ionen könnten sich so "hüpfend" durch den Festkörper bewegen.

Dieses "Hüpfen" läuft nach Aussagen der Forscher bislang aber noch ein wenig träge ab. "Einen flüssigen Elektrolyten können feinstrukturierte Elektroden wie ein Schwamm aufnehmen. Doch zwei angrenzende Festkörper lassen sich nicht so einfach lückenlos miteinander verbinden. Der Übergangswiderstand zwischen Elektroden und Elektrolyt fällt entsprechend höher aus", schreiben die Forscher.

Die Forscher wollen den Widerstand nun verringern. Durch Verringerung der Elektrolytdicke wollen sie Widerstandswerte heutiger Lithium-Ionen-Akkus erreichen. Die Energiedichte würde dann deutlich höher ausfallen. Die Laufzeiten von mobilen Geräten könnten sich dadurch "beachtlich verlängern".

Detaillierte Ergebnisse publizierten die Forscher in der Märzausgabe des Fachmagazins "Nachrichten aus der Chemie" und im "Journal of Power Sources". 

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