Grazer Forscher machen Lithium-Ionen-Batterien sicherer und langlebiger

Graz, Österreich – Die Forscher des Instituts für Chemische Technologien von Materialien der TU Graz wollen alternative, feststoffbasierte Lithium-Ionen-Batterien voranbringen. Statt eines flüssigen Elektrolyts, wie er in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien genutzt wird, soll bei der Variante eine feste Substanz integriert werden, die nach Meinung der Wissenschaftler aus Österreich mehr Sicherheit, eine höhere Lebensdauer und Temperaturbeständigkeit bietet. Derzeit suchen die Forscher weltweit nach geeigneten festen Materialien als Elektrolyt. Bislang zeigt das Sulfid Li6PS5Br die beste Leitfähigkeit für die Lithium-Ionen.

Festes Elektrolyt ersetzt brennbare Lösungsmittel
Zu diesen Ergebnissen ist der Doktorand Viktor Epp im Zuge seiner Dissertation gekommen, in der er diesen Stoff unter der Institutsleitung von Professor Martin Wilkening genauer untersucht hat. In diesem an der Uni Siegen präparierten Sulfid bewegen sich die Elektronen extrem stark, wobei das Material gegenüber anderen Lithium-Verbindungen den Vorteil aufweist, lediglich ionisch leitend zu sein und damit die Eigenschaft eines festen Elektrolyts erfüllt. Zwischen den Elektroden Lithium auf der einen und Graphit auf der anderen Seite fungiert das Elektrolyt als Transportschicht für die Ionen. Da Lithium sehr heftig mit Wasser reagiert, wird normalerweise ein wasserfreies, aber brennbares Lösungsmittel in Lithium-Ionen-Batterien genutzt, weshalb es zu Explosionen und Bränden kommen kann, wenn sich der Elektrolyt entzündet hat. Dieser Eigenschaft soll ein fester Stoff als Transportschicht entgegenwirken.

Vergleich zu Aluminium-Luft-Batterien
Im Vergleich zu anderen Batterietypen schneidet der Lithium-Ionen-Akku insbesondere aufgrund seiner hohen Energiedichte in der praktischen Anwendung relativ gut ab. Ein Nachteil des Systems ist der vergleichsweise lange Ladevorgang der Batterien, der jedoch durch den Tausch des kompletten Akkus umgangen werden kann. Hingegen kann eine sogenannte Aluminium-Luft-Batterie nicht elektronisch geladen werden, sondern nur physisch in Form eines Wechsels der Aluminium-Elektrode. Ein solcher Tausch ist nach Angaben von Experten z.B. beim Betrieb eines Elektroautos nur alle paar Jahre notwendig. Zudem muss demnach das bei der Aluminium-Luft-Batterie eingesetzte Elektrolyt Wasser in einer solchen Anwendung etwa jährlich gewechselt werden. Weitere Fragen wie die Entsorgung der verbrauchten Materialien und der Aufbau einer geeigneten Infrastruktur sind für den weiträumigen Einsatz von Batteriesystemen für die Entwicklung der Elektromobilität von Bedeutung.

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