Fester Elektrolyt beschleunigt Laden von Batterien

Innenleben des neuen Elektrolyten. Bild: Joel Varley, llnl.gov

Lithium-Ionen-Batterien lassen sich künftig schneller laden als bisher. Gleichzeitig sind sie sicherer als heutige Speicher, weil sie nicht brennen können. Dafür sorgen Forscher am Lawrence Livermore National Laboratory und des National Institute of Standards and Technology (Nist). In den neuen Akkus ist der Elektrolyt, anders als bisher, fest statt flüssig. Zudem haben Brandon Wood und Mirjana Dimitrievska im Elektrolyten einige Brom- gegen Kohlenstoffatome ausgetauscht. Das erlaubt es den Lithium-Ionen, sich schneller zu bewegen. Das ist gleichbedeutend mit einer höheren Ladegeschwindigkeit.

Lithium-Ionen auf Trab gebracht

Eines der größten Hindernisse beim Bau von Festkörperbatterien ist der Elektrolyt. Es gibt kaum Materialien, die Lithium-Ionen schnell genug passieren lassen. Genau das muss beim Laden und Entladen passieren. Einigen fehlt es an Langzeitstabilität, andere sind schwer handzuhaben. Die meisten Kandidaten, die übrig bleiben, lassen Lithium-Ionen nicht schnell genug passieren. Deshalb müssen sie dünn sein, was die Langzeitstabilität gefährdet.

Ein Material namens closo-Boran könnte die Lösung sein. Es besteht aus Bor-Wasserstoff-Molekülen, die auf den Ecken eines virtuellen Vielecks sitzen. Beispiele sind Oktaeder mit sechs und Ikosaeder mit zwölf Ecken. Borane sind elektrochemisch stabil, haben aber noch einige Nachteile, die noch Forschungsarbeit nötig machen, ehe die neuartigen Batterien einsetzbar sind. Nötig sind eine höhere thermische Stabilität und Festigkeit sowie eine bessere Zyklusfähigkeit - sie müssen mehr Lade- und Entladezyklen schadlos überstehen.

Neuer Elektrolyt ist eine Art Salz

Die Entdeckung machten Nist-Forscher und deren Kollegen an den Sandia National Laboratories, einer Forschungs- und Entwicklungseinrichtung des US-Energieministeriums mit mehreren Standorten. Sie waren die Ersten, die in Boronen einzelne Bor- gegen Kohlenstoffatome austauschten. Der Elektrolyt, der aus dieser Basis entwickelt worden ist, ist eine Art Salz, das aus positiv geladenen Lithium-Kationen und negativ geladenen closo-Boran-Anionen besteht.

Das Kohlenstoffatom verwandelt das Boron in einen Dipol, der ein Wegweiser für Lithium-Ionen ist. Er zeigt ihnen, wie sie auf dem kürzesten und damit schnellsten Weg an ihr Ziel kommen. Jetzt machen sich die Forscher daran, den Elektrolyt zu optimieren. Sie warnen aber vor überzogenen Erwartungen. Es könne noch eine Weile dauern, ehe die schnellladefähigen Festkörperbatterien in Elektroautos und andere Stromverbraucher eingebaut werden können.

Quelle: www.pressetext.com/Wolfgang Kempkens