Zähflüssige Anode verbessert Akku-Kapazität drastisch

Innovative zähflüssige Anode für Hochleistungsbatterien (Foto: cmu.edu)
Innovative zähflüssige Anode für Hochleistungsbatterien (Foto: cmu.edu)

Eine Anode, die auf einer Mixtur aus einem Polymer, angereichert mit Kohlenstoff und Nanopartikeln aus Lithium basiert, verbessert die Kapazität von Lithium-Metall-Batterien drastisch. Das haben Forscher der Carnegie Mellon University herausgefunden. Laut den Experten ist diese Anode bei Zimmertemperatur zähflüssig, sodass sie einen innigen Kontakt zum Festkörper-Elektrolyten hat. Das gilt als Voraussetzung für eine hohe Speicherfähigkeit. Weiterer Vorteil: Dieser Akku lässt sich sehr schnell aufladen.

Akkus mit metallischer Anode sind ein Traum für alle Akku-Forscher, weil sie eine weit höhere Kapazität haben als die heute verwendeten Lithium-Ionen-Batterien. Sie haben jedoch einen entscheidenden Nachteil: Während des Betriebs entstehen sogenannte Dendrite, das sind nadelspitze Auswüchse, welche die Trennschicht zwischen Anode und Kathode durchstossen können. Der so entstehende Kurzschluss entzündet den Elektrolyten, der die beiden Elektroden voneinander trennt. Selbst Explosionen sind in einem solchen Fall möglich.

Keramische Elektrolyte, die nicht entzündlich sind, können das verhindern, weil sie den Dendriten genügend Widerstand entgegensetzen. Doch es ist nicht möglich, den für das Funktionieren der Batterie nötigen innigen Kontakt zwischen Anode und Elektrolyt herzustellen. Mit der neuen zähflüssigen Anode ist das kein Problem. "Diese Anode kann den Durchbruch für die Lithium-Metall-Batterie bedeuten", sagt Forschungsleiter Jay Whitacre. Die zähflüssige Anode haben seine Doktoranden Sipei Li und Han Wang entwickelt.

Die Forscher glauben, dass ihre Entwicklung Folgen hat, wenn sie einmal industriell einsetzbar ist. Die Reichweite von E-Fahrzeugen und -flugzeugen könnte sich deutlich erhöhen. Ausserdem könnten sie die Nutzungsdauer von elektronischen Geräten wie Smartphones und Tablets verlängern. Das Verfahren könnte auch genutzt werden, um Batterien mit anderen Metallen herzustellen, die billiger sind als Lithium und, anders als dieses Metall, in grossen Mengen zur Verfügung stehen. Kandidaten dafür sind unter anderem Kalium und Natrium.
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