Lithiumionen-Akkus sind allgegenwärtig, in Smartphones, Kameras, Laptops und Elektroautos. Bei falschem Umgang können sie aber unter Umständen explodieren. Eine Alternative stellen Festkörperakkus dar, bei denen der sonst flüssige Elektrolyt durch einen festen ersetzt wird. Den Prototyp eines solchen Festkörperakkus präsentierten nun Wissenschafter in der Schweiz.
Die Forscher um Hans Hagemann von der Universität Genf und Arndt Remhof von der Forschungsanstalt Empa stellten ihre Innovation im Fachblatt „Energy and Environmental Science“ vor. Statt auf Lithium basiert der Akku auf Natrium, was ihn kostengünstiger macht, wie die beiden Forschungsinstitutionen am Donnerstag mitteilten.
Festkörperakkus sind die Lösung
Akkus bestehen aus zwei Elektroden (Anode und Kathode) und einem – in der Regel – flüssigen Elektrolyten, durch den die geladenen Teilchen wandern. Beim Aufladen können sich sogenannte Lithiumdendriten bilden, die mikroskopisch kleinen Stalagmiten ähneln, hieß es in der Mitteilung. Da diese Dendriten einen Kurzschluss auslösen und ein Brandrisiko darstellen könnten, nutze man in handelsüblichen Akkus als Elektrodenmaterial nicht metallisches Lithium, sondern Graphit, weil dies sicherer sei. Das senke allerdings die gespeicherte Energiemenge.
Das Problem lässt sich mit Festkörperakkus umgehen: Ein fester Elektrolyt unterbindet nämlich die Bildung von Dendriten. Das ermöglicht wiederum den sicheren Einsatz von metallischen Elektroden und damit höhere Energiedichten, sprich: leistungsfähigere Akkus.
Akku noch nicht marktreif
In dem nun vorgestellten Prototyp verwendeten die Forschenden den borhaltigen Stoff closo-Boran als Elektrolyt, weil Natriumionen darin relativ frei beweglich sind, und er im Gegensatz zu flüssigen Elektrolyten nicht brennbar ist. Um ihn optimal mit den beiden Elektroden zu verbinden, lösten die Wissenschafter einen Teil des closo-Boran-Elektrolyten in einem Lösungsmittel und fügten das Material für die Kathode (Minuspol) hinzu. So stellten sie ein Pulver her, dass sie anschließend mit dem restlichen Elektrolytenmaterial und der Anode aufschichteten. Schließlich pressten sie diese Schichten zu einer festen Batterie zusammen, schrieben die Forschungsinstitutionen.
Erste Tests des Prototypen waren laut den Forschenden vielversprechend, von der Marktreife ist der neue Akku allerdings noch ein gutes Stück entfernt. Nach 250 Lade- und Entladezyklen waren noch 85 Prozent der Speicherkapazität vorhanden. Für eine kommerzielle Version des Akkus müssten es aber 1200 Zyklen sein. Außerdem hält der Prototyp bisher nur einer Spannung von drei Volt stand – für feste Elektrolyte bereits sehr gut, aber für den Einsatz im Alltag noch zu wenig. Daher arbeiten die Wissenschaftler an weiteren Verbesserungen.