Fortschritte bei Batterietechnologien ganz ohne Kobalt

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Die Batterie ohne Kobalt ist einen Schritt näher gerückt! Ein Forscherteam an der University of California in Berkeley hat eine neue Kathode entwickelt, die dank einer anderen Struktur mit verschiedensten Materialien funktioniert. Die Methode könnte Kobalt als Kathodenmaterial überflüssig machen.

„Ungeordnete Steinsalze“ als Alternative zur Schichtkathode

Das Team um Wissenschaftler Gerbrand Ceder hat eine Methode gefunden, mit der Batterien auch ohne geschichtete Kathode funktionieren. Dadurch wird nicht nur Kobalt überflüssig, sondern es steigt auch die Speicherkapazität der Batterie.

In Lithium-Ionen-Akkus werden die Lithium-Ionen in der Kathode gespeichert, also in der negativ geladenen Elektrode. Diese Kathoden haben eine Schichtstruktur, wofür Kobalt elementar ist. Beim Laden wandern Lithium-Ionen zur gegenüberliegenden Elektrode, der Anode. Ohne Kobalt würde die Kathode bei diesem Vorgang ihre Schichtstruktur verlieren.

Die neue Methode nutzt „ungeordnete Steinsalze“ als Alternative. Diese neue Materialklasse könnte sogar 50 Prozent mehr Lithium speichern, was eine höhere Energiedichte zur Folge hat. Auf jeden Fall funktioniert sie ohne Kobalt, stattdessen könnte man andere, günstige Metalle verwenden. Kobalt gilt als kritischer Batterierohstoff, weil es knapp und teuer ist.

Quelle: tradingeconomics.com

Erste Versuche mit Mangan

„Sie können mit unserer Methode so ziemlich jedes Element im Periodensystem verwenden, weil wir gezeigt haben, dass Kathoden nicht geschichtet werden müssen“, erklärt Ceder. In einer Untersuchung haben Wissenschaftler schon gezeigt, wie das Konzept mit Mangan funktionieren kann. Mit einem Verfahren namens Fluor-Dotierung brachten sie große Mengen Mangan in die Kathode ein. Wenn mehr Mangan in der richtigen Ladung vorhanden ist, nehmen die Kathoden mehr Lithium-Ionen auf. Das sorgt für die höhere Speicherkapazität.

Mangan ist ein guter Kandidat dafür, Kobalt zu ersetzen, weil das Element in großen Mengen vorhanden und billig ist. „Wir haben einen neuen chemischen Raum für Akku-Technologien erschlossen“, sagt Ceder. „Zum ersten Mal haben wir ein wirklich billiges Element, das einen regen Elektronenaustausch in Batterien ermöglicht.“

Die Technologie muss nun in größerem Maßstab weiter erprobt werden, um zu klären, ob eine Anwendung im Elektroauto oder im Laptop möglich ist. Ob das klappt oder nicht, in jedem Fall haben die Wissenschaftler neue Möglichkeiten für den Aufbau von Kathoden eröffnet. Zu zeigen, dass Kathoden nicht geschichtet sein müssen, ist in den Augen von Gerbrand Ceder die eigentliche Errungenschaft.

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