Neuer Akku verdreifacht Reichweite von E-Autos

Forscher konstruieren erstmals stabile Lithium-Luft-Batterie.

Schottischen Chemikern der Universität St. Andrews ist es gelungen, einen stabilen Lithium-Luft Akku zu konstruieren. Durch neuartige Materialien als Elektrolyt und Kathode verliert die Batterie nach 100 Ladezyklen lediglich fünf Prozent ihrer Kapazität, wie sciencemag.org berichtet. Bisherigen Prototypen hatten schon nach zehn Ladevorgängen mit rund 20 Prozent Leistungsabfall zu kämpfen.

Damit steigt die Hoffnung auf eine neue Generation von Akkus, die elektrisch betriebenen Autos Reichweiten von über 550 Kilometer bescheren können. Der Prototyp der britischen Forscher ist allerdings noch nicht reif für kommerzielle Anwendungen.

Noch nicht serienreif

„Für eine technische Umsetzung sind Lithium-Luft-Akkus derzeit noch keine Alternative. Wenn Autos effektiv betrieben werden sollen, sind Lithium-Luft und Lithium-Schwefel-Batterien aber die einzige Perspektive. Das wird aber noch einige Jahre dauern. Die Leistungsangaben sind mit Vorsicht zu genießen, da es verschiedene Messmethoden gibt, insbesondere bei der Verwendung neuer Materialien“, sagt Nicola Hüsing, Fachsbereichsleiterin Materialforschung und Physik an der Universität Salzburg

Goldene Zeiten

Bisher ist es nicht gelungen, stabile Lithium-Luft-Akkus zu konstruieren, weil die eingesetzten Elektrolyte und die Kathoden in den Batterien chemisch nicht stabil genug waren. Deshalb veränderten sich die Substanzen schon nach wenigen Ladezyklen, was zu einer Fehlfunktion der Batterien führte. Die schottischen Wissenschaftler haben jetzt zwei Materialien gefunden, die relative Stabilität versprechen. Eine Kathode aus mikroporösem Gold, das den Sauerstoff aus der Luft aufnimmt, der für die reversible Bildung von Lithiumoxid gebraucht wird, ist die Voraussetzung für den Luft-Akku.

Das chemisch inerte Gold verändert sich im Gegensatz zu den bisher verwendetet Graphit-Elektroden nicht durch Reaktionen. Allerdings ist der Einsatz von reinem Gold für den Alltag nicht praktikabel, da das Material zu schwer und zu teuer ist. Die Forscher versprechen sich aber eine Lösung von mit Gold beschichteten Graphit-Elektroden. Das Elektrolyt, das in St. Andrews verwendet wird, ist Dimethylsulfoxid, das sich im Punkto chemische Stabilität allen anderen bislang erprobten Substanzen überlegen zeigt. Die Flüssigkeit übernimmt den Transport der Ladung in Form von Lithium-Ionen im Akku.

Stabileres Material gesucht

Die Forscher hoffen, dass andere Materialien sich als noch stabiler erweisen. Für einen kommerziellen Einsatz müssen Akkus auch nach 1.000 Ladevorgängen noch einen hohe Kapazität aufweisen. Die schottischen Ergebnisse stimmen Forscher aber optimistisch. Der Prototyp hat momentan eine Energiedichte von 1.000 Wattstunden pro Kilogramm. Beim Entladen von Lithium-Luft-Akkus werden Elektronen aus der Lithium-Metall-Anode gelöst. Dadurch entstehen positiv geladene Lithium-Ionen, die durch das Elektrolyt zur Kathode wandern, wo sie mit Sauerstoff zu Lithiumoxid reeagieren. Beim Anschluss an eine externe Stromquelle kehrt sich der Vorgang um und die Batterie wird geladen.

Quelle

pressetext 2012Markus Keßler 2012