Akku kann Reichweite von E-Autos verdoppeln
Neues Keramik-Elektrolyt ermöglicht langlebige Lithium-Metall-Batterie
Prüfung einer Lithium-Elektrode im Labor (Foto: Evan Dogherty)
Ann Arbor (pte/17.08.2018/06:15) Durchbruch in der Batterietechnik: Forscher der University of Michigan
https://www.umich.edu
haben einen Lithium-Metall-Akku entwickelt, der verglichen mit
Lithium-Ionen-Batterien die doppelte Kapazität hat. Zugleich bannt die
Bauweise die Gefahr, dass Akkus in Flammen aufgehen, wie das bei
Smartphones, Elektroautos und selbst in Flugzeugen schon geschehen ist.
Das Geheimnis: Statt eines flüssigen Elektrolyten, der die beiden
Elektroden trennt, setzen die US-Wissenschaftler um Jeff Sakamoto,
Professor für Mechanik, einen speziell strukturierten Keramikfilm ein.
Bahnbrechende Entwicklung
Es hat schon viele Versuche gegeben, keramische Elektrolyten
einzusetzen. Anders als viele der heute genutzten Flüssigkeiten, können
Keramiken nicht brennen, wenn es einen internen Kurzschluss gibt. Bisher
ging das zu Lasten der Kapazität. "Unsere Entwicklung könnte
bahnbrechend sein", sagt daher Sakamoto. Wenn sich die neuartige
Batterie wirtschaftlich produzieren lässt, würden sich die
Akkulaufzeiten glatt verdoppeln und damit die Reichweite von
Elektroautos und die Nutzungsdauer von Smartphones.
Lithium-Metall-Batterien haben Elektroden aus Metall. Das sorgt für
eine hohe Kapazität. Doch bisher flüssige Elektrolyten sorgten für
Brandgefahr. In den Neunzigerjahren des vergangenen Jahrhunderts kam die
Lithium-Ionen-Batterie mit einer Anode aus Graphit. Sie war weniger
feuergefährdet, hatte aber eine deutlich geringere Kapazität. Sakamotos
Team kehrte gewissermaßen an den Anfang zurück. Theoretisch haben
Lithium-Metall-Batterien eine Kapazität von 1200 Wattstunden pro Liter.
Lithium-Ionen-Akkus kommen auf gerade mal die Hälfte.
Lebensdauer drastisch verlängert
Der Keramikfilm sorgt nicht nur für eine Reduktion der Brandgefahr
auf Null. Er verhindert auch Veränderungen der Elektroden, die in den
Anfängen der Lithium-Metall-Batterien dafür sorgten, dass die
Lebensdauer untragbar kurz war. "Wir haben die Oberfläche der
Lithium-Elektroden mit unserer Keramik stabilisiert", sagt Sakamoto.
Dazu kommt eine dramatische Reduzierung der Ladezeit. Während die ersten
Lithium-Metall-Batterien 20 bis 50 Stunden am Ladegerät hängen mussten,
braucht der neue Akku lediglich drei Stunden.
Auch die Lebensdauer konnte erheblich verbessert werden. "Wir haben
unsere Batterie 22 Tage lang ständig geladen und wieder entladen", sagt
Sakamoto. Er habe danach keinen Kapazitätsverlust feststellen können.
(Ende)
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