Mobiltelefone, Notebooks, digitale Kameras, Akkuschrauber oder Rasenm\u00e4her, ohne Lithium-Ionen-Batterien w\u00e4ren viele Dinge des allt\u00e4glichen Lebens kaum vorstellbar. Peu \u00e0 peu hat diese Art Energiespeicher den guten alten Nickel-Cadmium-Akku sowie den Nickel-Metallhydrid-Akku immer mehr verdr\u00e4ngt. Der Grund ist, dass Lithium-Ionen-Batterien viel gr\u00f6\u00dfere Mengen an Energie bei hohen Spannungen speichern k\u00f6nnen. Dabei sind die Spannungen sogar so hoch, dass die Batterien eigentlich gar nicht stabil sein d\u00fcrften.<\/p>\n\n\n\n
Herk\u00f6mmliche Batterien haben in der Regel Spannungen von ein bis zwei Volt, ein Lithium-Ionen-Akku anderseits vier Volt. Das hat zu Beginn der Entwicklung in den 1990er Jahren jedoch zu verschiedenen Problemen gef\u00fchrt. Die damaligen Batterieelektrolyten, die n\u00f6tig sind, um Ionen zu transportieren, haben sich bei einer derart hohen Zellspannung zersetzt.<\/p>\n\n\n\n
Im Laufe der Zeit gelang es Wissenschaftlern jedoch, mit einer speziellen Mischung aus verschiedenen Carbonaten \u2013 zum Beispiel Ethylencarbonat und Dimethylcarbonat \u2013 Elektrolyte herzustellen, die viel l\u00e4nger stabil blieben. Batterien, bei denen das Ethylencarbonat durch das chemisch sehr \u00e4hnliche Propylencarbonat ersetzt wurde, waren aber schon nach wenigen Lade- und Entladevorg\u00e4ngen verbraucht. Wieso sie nach so geringf\u00fcgigen \u00c4nderungen so schnell versagten, war damals war v\u00f6llig unklar.<\/p>\n\n\n\n
Jahre sp\u00e4ter fanden Forscher heraus, dass “falsche” Carbonate bei hohen Zellspannungen nicht stabil sind, sondern sich solange weiter zersetzen, bis die Batterie versagt. Nimmt man aber die “richtigen” Carbonate, entsteht aus den Zersetzungsprodukten eine stabile, nur wenige Nanometer d\u00fcnne Schicht, durch die der Elektrolyt vor weiterer Zersetzung gesch\u00fctzt wird.<\/p>\n\n\n\n
Diese Schicht muss jedoch noch mehr k\u00f6nnen. Sie muss auch Lithium-Ionen transportieren k\u00f6nnen, da der Ladungstr\u00e4gertransport andernfalls in der Zelle zusammenbrechen w\u00fcrde. Die Batterie w\u00fcrde versagen und keine Energie mehr liefern. Ein Forscherteam der TU Ilmenau<\/a> um Prof. Andreas Bund, Leiter des Fachgebiets Elektrochemie und Galvanotechnik, will nun in einem dreij\u00e4hrigen Projekt gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universit\u00e4t Marburg<\/a> erforschen, wie diese Schicht aus Zersetzungsprodukten \u2013 die sogenannte Passivierungsschicht \u2013 die sich w\u00e4hrend des Batteriebetriebs bildet, beschaffen sein muss, “damit sie sowohl zuverl\u00e4ssig passiviert, also den Elektrolyten vor weiterer Zersetzung sch\u00fctzt, als auch gleichzeitig Ionen leiten kann”.<\/p>\n\n\n\n Am Ende wollen die Wissenschaftler drei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Dass Lithium-Ionen-Batterien schneller und effizienter geladen werden k\u00f6nnen, dass die Herstellung kosteng\u00fcnstiger wird und, dass die Akkus eine l\u00e4ngere Lebensdauer haben. Um all das zu erreichen, beobachten die Forscher mit Hilfe verschiedener In-situ-Methoden \u2013 teilweise im Nanometerbereich \u2013 die Entstehung dieser Schicht. Wie entstehen Pfade f\u00fcr die Ionenleitung und wie kann die Schichtbildung verbessert werden? <\/p>\n\n\n\n Prof. Andreas Bund erkl\u00e4rt den bedeutenden Einfluss dieser extrem d\u00fcnnen Grenzschicht auf die Batterie. “Eine Optimierung der Ionenleitf\u00e4higkeit, der Bildungsgeschwindigkeit und des Passivierungsverhalten w\u00fcrde dazu f\u00fchren, dass k\u00fcnftige Lithium-Ionen-Batterien nicht nur schneller und effizienter geladen werden k\u00f6nnen, sondern auch l\u00e4nger halten und kosteng\u00fcnstiger sind. Ich bin optimistisch, dass wir das schaffen.\u201c<\/p>\n\n\n\n Das auf drei Jahre angesetzte Forschungsprojekt “Untersuchung der Transporteigenschaften sowie der Bildungs- und Wachstumsmechanismen der Festelektrolyt-Interphase (SEI) auf Kohlenstoff-Modellelektroden” wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft<\/a> mit 324.000 Euro gef\u00f6rdert. <\/p>\n\n\n\n Auch interessant:<\/strong> Mobiltelefone, Notebooks, digitale Kameras, Akkuschrauber oder Rasenm\u00e4her, ohne Lithium-Ionen-Batterien w\u00e4ren viele Dinge des allt\u00e4glichen Lebens kaum vorstellbar. Peu \u00e0 peu hat diese Art Energiespeicher den guten alten Nickel-Cadmium-Akku sowie den Nickel-Metallhydrid-Akku immer mehr verdr\u00e4ngt. Der Grund ist, dass Lithium-Ionen-Batterien viel gr\u00f6\u00dfere Mengen an Energie bei hohen Spannungen speichern k\u00f6nnen. 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Forscher entwickeln einen Sicherheitsstatus f\u00fcr das zweite Leben von Lithium Batterien f\u00fcr Autos<\/a>
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