Elektromobilität: Forscher erzielen Durchbruch auf dem Weg zum Superakku

Wissenschaftler an der Universität Cambridge haben große Fortschritte bei der Entwicklung einer Lithium-Luft-Batterie erzielt: Seit Jahren setzt die Forschung auf diese Technologie, die die derzeitigen Lithium-Ionen-Batterien einmal ablösen soll. Lithium-Luft-Batterien versprechen eine hohe Energiedichte, eine Energieeffizienz von über 90 Prozent und 2.000 Ladeyklen. Möglich ist die zehnfache Kapazität, wodurch die Reichweite von Elektroautos die von Benzinern erreichen könnte.

Andere Zusammensetzung des Elektrolyten brachte den Durchbruch

Lithium-Luft-Batterien besteht wie andere Batterien aus zwei Elektroden und einem elektrisch leitfähigen Elektrolyten: Die Anode besteht aus Lithium, die Kathode jedoch aus einer leichten Kohlenstoffstruktur. Beim Entladen geben die Lithium-Atome der Anode Elektronen ab, die als Lithium-Ionen durch den Elektrolyten zur Kathode wandern und dort mit Sauerstoff aus der Luft reagieren. Das Reaktionsprodukt setzt sich anschließend an der Kathode ab. Beim Aufladen wird der aufgenommene Sauerstoff wieder abgegeben.

Das größte Problem waren bisher chemische Nebenreaktionen, die zur schnellen Alterung der Batterie führten. Die Forscher um Clare Grey an der University of Cambridge änderte nun bei ihrem Prototypen die Zusammensetzung der Elektrolytlösung zwischen den Elektroden: Bei vielen vorherigen Ansätzen war das Reaktionsprodukt Lithiumperoxid. Durch die Zugabe von Lithiumiodid zur Elektrolytlösung (Dimethoxyethan) führte die chemische Reaktion bei Grey zur Bildung von Lithiumhydroxid.

Bis zur Serienreife wird noch mindestens ein Jahrzehnt vergehen

Lithiumhydroxid wird mit Wasser gebildet, was die neue Methode von anderen abhebt und das Ganze unempfindlicher gegen Feuchtigkeit in der Luft machen könnte. Im Moment funktioniert die Batterie allerdings nur mit reinem Sauerstoff. In der Luft ist jedoch neben Feuchtigkeit auch Kohlenstoffdioxid und Stickstoff enthalten, Stoffe, die die Metallelektrode angreifen. Ein weiteres Problem: Lithiumhydroxid bildet an der Kathode Kristalle statt nur einen dünnen Film, wodurch zwar viel mehr Lithiumhydroxid gebunden werden kann, wodurch aber auch Kurzschlüsse und Elektrobrände möglich sind.

Die neue Methode könnte trotz allem einen entscheidenden Durchbruch für die Elektromobilität darstellen, heißt es im Fachmagazin Science. Grey und ihre Kollegen rechnen mit der Serienreife ihres Prototypen allerdings frühestens in 10 Jahren.

Quellen / Weiterlesen:
Elektromobilität: Wichtige Fortschritte auf dem Weg zu Superakku – DIE WELT
Das Battery 500-Projekt: 800 km Reichweite für Elektroautos – IBM
Bildquelle: © Marco Barnebeck(Telemarco) / pixelio – www.pixelio.de