Lithium-Metall-Akku vor dem Durchbruch

Mit einer neuartigen Beschichtung der positiven Elektrode haben Forscher der Stanford University und dem SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC) der Lithium-Metall-Batterie zum Durchbruch verholfen. [...]

Sie gilt als die Lösung für das größte Problem von E-Autos, die mit Lithium-Ionen-Batterien ausgestattet sind. Deren Kapazität pro Gewichtseinheit ist jedoch so gering, dass sich keine befriedigenden Reichweiten erzielen lassen. Die Lithium-Metall–Batterie würde sie glatt verdreifachen.

Deutlich längere Lebensdauer

Werden Lithium-Metall–Batterien geladen, bilden sich sogenannte Dendrite, das sind nadelspitze Auswölbungen. Diese reduzieren die Kapazität, sodass die Batterie schon nach wenigen Lade- und Entladezyklen unbrauchbar wird. Im Extremfall durchstoßen die Dendrite die Trennschicht zwischen den Elektroden und verursachen einen Kurzschluss. Daraufhin fängt die Batterie Feuer, das wegen der großen Leistung des Stromspeichers verheerend ausfallen kann.

Mit der neuen Beschichtung ist es dem Team um Zhenan Bao, Professor für Chemieingenieurswesen an der Hochschule, und Yi Cui, Professor für Materialwissenschaften am SLAC, nun gelungen, die Lebensdauer der Batterien deutlich zu verlängern. „Das ist so etwas wie der Heilige Gral der Lithium-Metall–Batterie„, schwärmt Bao. Nach 160 Zyklen lag die Kapazität noch bei 85 Prozent. Bisherige Bauformen waren zu dieser Zeit schon auf 30 Prozent abgesunken.

Bessere Versorgung mobiler Geräte

Dass sie deutlich weniger wiegt als Lithium-Ionen-Batterien, liegt unter anderem daran, dass Lithium-Elektroden erheblich leichter sind als die aus Graphit gefertigten Exemplare, die in heutigen Stromspeichern verwendet werden. Sie könnten nicht nur in E-Autos eingesetzt werden, sondern in allen mobilen elektronischen Geräten wie Smartphones und Laptops.

„Die Kapazität herkömmlicher Batterien ist vollkommen ausgereizt“, sagt der zum Team gehörende Forscher David Mackanic. „Deshalb ist es sehr wichtig, neuartige Batterien zu entwickeln, die den Energiebedarf moderner Geräte stillen.“ Die Beschichtung verhindere die chemischen Reaktionen, die zur Bildung der Dendriten führt.

Das Beschichten der Anode ist nicht der einzige Versuch, den Stromspeicher nutzbar zu machen. Forscher an der University of Michigan versuchen, die Dendrite mit einem Elektrolyt aus Keramik zu bändigen. Deren Kollegen am Massachusetts Institute of Technology versuchen das gleiche mit einer Kombination aus festem und flüssigem Elektrolyten. Bisher hat sich jedoch noch keine Bauart durchgesetzt.