23.10.2017, 11:23 Uhr

Lithium-Ionen-Akkus werden mit neuem Verfahren noch leistungsfähiger

München - Power für unterwegs ist gefragt: Leistungsfähige Akkus sorgen für größere Reichweite von Elektroautos und eine längere Betriebszeit von Handys und Laptops. Ein neues, kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Hochvolt-Batterien sorgt für Spannung.

Der Einsatz von Lithium-Kobaltphosphat gilt unter Batterieforschern seit einiger Zeit als Material der Zukunft für noch leistungsfähigere Batterien. An der TU München ist der Chemikerin Dr. Jennifer Ludwig ein bahnbrechender Durchbruch bei der kostengünstigen Herstellung gelungen. Für ihre Arbeit erhielt die Chemikerin den Evonik Forschungspreis.

Höhere Energiedichte - bisher aufwändig und energieintensiv

Die Herstellung von vielversprechenden Hochvolt-Batterien war bisher aufwändig, energieintensiv und wenig effizient: Man benötigte drastische Bedingungen mit Temperaturen von 900 Grad. „Die Kristalle, die sich unter diesen extremen Bedingungen bilden, sind zudem unterschiedlich groß und müssen in einem zweiten energieintensiven Schritt erst zu nanokristallinem Pulver vermahlen werden“, so Jennifer Ludwig. Nachteilig ist auch, dass die entstehenden Körnchen nur in einer Richtung genügend ionische Leitfähigkeit besitzen. Auf dem größten Teil der Oberfläche läuft die chemische Reaktion zwischen Elektrodenmaterial und Elektrolyt im Akku deshalb nur schleppend ab.

Batterien mit höherer Energiedichte - die Hoffnung ist pink

Das Pulver, das Jennifer Ludwig vorsichtig in eine Glasschale schüttet und das im Licht der Laborlampe rosarot leuchtet, hat das Potenzial, Akkus in Zukunft noch leistungsfähiger zu machen. „Das Lithium-Kobaltphosphat kann erheblich mehr Energie speichern als herkömmliche Kathodenmaterialien“, erklärt die Chemikerin. Die von Jennifer Ludwig neu entwickelte Mikrowellen-Synthese löst all die bisherigen Probleme auf einen Schlag. Der Vorteil von Lithium-Kobaltphosphat: es arbeitet bei höherer Spannung als das bisher verwendete Lithium-Eisenphosphat und erreicht so eine höhere Energiedichte – 800 Wattstunden pro Kilogramm statt bisher knapp 600 Wattstunden.

Gezielte Prozesssteuerung jetzt möglich

Für die Gewinnung von hochreinem Lithium-Kobaltphosphat benötigt man nur ein kleines Mikrowellen-Gerät und eine halbe Stunde Zeit. Gerade einmal 600 Watt Leistung reichen aus, um die notwendige Temperatur von 250 Grad zu erzeugen und die Kristallbildung anzuregen. Die hohe elektrochemische Leitfähigkeit entsteht dadurch, dass sich bei dem neuen Verfahren die Achse höchster Leitfähigkeit in Richtung Oberfläche orientiert. In einem weiteren Schritt der Verfahrensoptimierung konnte Ludwig mit Hilfe modifizierte Reaktionsbedingungen erreichen, dass nur das gewünschte Lithium-Kobaltphosphat und keine unerwünschten Nebenprodukte entstehen.

Quelle: IWR Online

© IWR, 2017