NEC hat den Prototypen einer neuen Generation Lithium-Ionen-Akkus vorgestellt, die 30 Prozent mehr Energiedichte - und damit bei gleichbleibendem Gewicht eine ebenso große Kapazitätssteigerung - versprechen als bisher. [...]
Möglich machen das eine neue Konstruktion einer Mangan-basierten Kathode sowie ein neues Lösungsmittel für die Elektrolytlösung der Batterie, dank dem diese auch bei höherer Betriebsspannung stabil bleibt. Nach Angaben des Konzerns soll die Entwicklung insbesondere dabei helfen, die Reichweite von Elektroautos zu verbessern und diese letztlich leichter zu machen.
Die NEC-Konstruktion steigert die Energiedichte eines Lithium-Ionen-Akkus mit Mangan-Elektrode laut eigenen Angaben von etwa 150 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) auf 200 Wh/kg. Das wirkt sich entscheidend auf Kapazität und/oder Gewicht aus. Denn 30 Prozent mehr an Energiedichte erlauben es, einen Akku bei gleicher Kapazität um eben diesen Anteil leichter zu machen oder eben bei gleichem Gewicht die Kapazität zu steigern. In der Praxis ist oft ein Mittelweg, ein etwas leichterer Akku mit etwas höhere Kapazität, die optimale Lösung.
Dementsprechend bedeutend erachtet NEC die neue Kathodenstruktur und das neue Lösungsmittel. „Diese Entwicklungen können helfen, die Reichweite von Elektroautos zu steigern, die Produktion leichtgewichtiger Speichersysteme zu ermöglichen und die Verwaltung von Batteriesystem zu vereinfachen, indem die Zahl der Zellen verringert wird“, erklärt Hidenori Shimawaki, General Manager der Smart Energy Research Laboratories der NEC Corporation. Zudem sei die Neuentwicklung trotz höherer Spannung ebenso langlebig ist wie bisherige Lithium-Ionen-Akkus.
Möglich werden die Verbesserungen durch neue Materialien. NEC hat existierende Mangan-basierte Kathoden mit Spinell-Struktur durch die Verwendung von Nickel in deren Aufbau modifiziert. In Kombination mit Graphitanoden erlaubt das laut dem Konzern, die durchschnittliche Betriebsspannung von 3,8 Volt auf 4,5 Volt zu steigern und eben 30 Prozent mehr Energiedichte zu erreichen. Das bringt allerdings ein Problem mit sich: Es kommt verstärkt zu Oxidationsprozessen zwischen Elektrolyt und Kathode der Batterie, was diese relativ schnell unbrauchbar macht.
Dieses Problems konnten die NEC-Forscher Herr werden, indem sie das herkömmliche Karbonat-basierte Lösungsmittel des Elektrolyts durch ein hochgradig oxidationsresistentes fluoriertes Lösungsmittel ersetzt haben. In Tests mit dem neuen Akku blieben so nach 500 Ladezyklen bei Raumtemperatur (20 Grad) 80 Prozent der Kapazität erhalten, zudem konnte die Aufblähung des Akkus nach Zyklentests bei hoher Temperatur (45 Grad) auf zehn statt bisher deutlich über 100 Prozent reduziert werden.
Die Entwicklung wurde diese Woche im Rahmen des Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRIME 2012) vorgestellt. Angaben dazu, wann der neue Akku-Aufbau Anwendung in Produkten finden soll, hat NEC noch nicht gemacht. (pte)
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