Auch die ETH entwickelt Festkörper-Akkus

4. August 2016, 14:19
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An der ETH Zürich wird nicht nur an traditionellen Lithium-Ionen-Akkus unterwegs, das im letzten Jahr von Bosch übernommen worden ist. Es geht um Akku-Typen aus festen chemischen Verbindungen, die nicht entzündlich und somit sicherer als herkömmlichen Batterien sind. Ausserdem verspricht die neue Technik ganz neue Formen des Batteriedesigns.
Doch während sich viele aktuelle Festkörperakku-Forschungsprojekte auf die Verbesserung der Elektrolyte fokussieren, gibt es laut ETH nur wenige Forschungen, die einen ganzen Festkörper-Akku mit Methoden zusammenbauen, die auch in der industriellen Produktion zum Einsatz kommen. Die ETH will denn auch "erstmals einen ganzen Lithium-Ionen-Akku mit einem festen Lithiumgranat-Elektrolyten und einem festen Minuspol aus einem Oxid hergestellt" haben. Damit habe man zeigen können, dass es möglich ist, mit Lithiumgranat ganze Batterien zu bauen. Dank diesem festen Elektrolyten könne man nicht nur Batterien bei höheren Temperaturen betreiben, sondern auch Dünnschichtakkus bauen. Darunter solche, die man direkt auf Siliziumchips platzieren könne, heisst es weiter.
Bei weltweit betriebenen Forschungen zu den Trocken- oder Festkörperakkus, sogenannten solid state batteries, sind nicht nur die Elektroden, sondern auch der dazwischen liegende Elektrolyt aus festem Material gefertigt. Diese festen Elektrolyte beginnen nicht zu brennen, selbst wenn sie sehr stark erhitzt werden oder offen an der Luft liegen, was bei klassische Akkus sehr wohl vorkommt. Laut ETH besteht das Problem bei der Entwicklung von Festkörperakkus darin, Elektroden und Elektrolyt so miteinander zu verbinden, dass Ladungen möglichst widerstandsfrei zwischen ihnen zirkulieren können.
Und genau für diese Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche wollen die ETH-Forscher nun einen verbesserten Herstellungsansatz gefunden haben. Man habe im Labor einen sandwichartig aufgebauten Akku hergestellt, bei dem zwischen den beiden Elektroden eine Schicht einer lithiumhaltigen Verbindung (Lithiumgranat) als fester Elektrolyt liegt. Wobei Lithiumgranat zu den Materialien mit der höchsten bekannten Leitfähigkeit für Lithium-Ionen gehören, wie es weiter heisst. Konkret habe man bei Fertigung dafür gesorgt, dass die feste Elektrolytschicht eine poröse Oberfläche erhielt. Darauf habe man das Material des Minuspols in flüssiger Form aufgetragen, so dass es in die Poren eindringen konnte. Am Schluss sei dann der Akku bei 100 Grad Celsius gehärtet worden. Einen Akku mit flüssigen oder gelförmigen Elektrolyten hätte man nicht auf so hohe Temperaturen erhitzen können, so die Forscher weiter. "Dank dem Trick mit den Poren" habe man die Kontaktfläche zwischen Minuspol und Elektrolyt stark vergrössern können, was letztlich den Effekt habe, den Akku schneller als bisher zu laden.
Zwar könne man so hergestellte Akkus "theoretisch bei normaler Umgebungstemperatur betreiben", doch wirklich gut funktionieren würden sie im gegenwärtigen Entwicklungsstand erst bei etwa 95 Grad Celius, schreiben die Forscher. Können sich dann doch die Lithium-Ionen besser im Akku bewegen. Diesen Umstand könnte man beispielsweise in Batterie-Speicherkraftwerken nutzen, die überschüssige Energie speichern und zeitversetzt abgeben können. Statt die in vielen Industrieprozessen entstehende Abwärme ungenutzt verpuffen zu lassen, könne man sie an Batterie-Speicherkraftwerken koppeln. Die Abwärme würde also die optimale Temperatur für den Betrieb eines Speicherkraftwerks liefern.
Als Dünnschichtakkus könnten sie laut ETH aber auch "die Energieversorgung von tragbaren Elektronikgeräten revolutionieren". Deshalb verfolge man diesen Ansatz mit Industriepartnern, dem Paul Scherrer Institut und der Empa weiter. Zunächst wolle man nun aber den Akku optimieren, um "insbesondere die Leitfähigkeit an der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche weiter zu erhöhen". (vri)

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