Lithium-Ionen-Akkus sind ständige Begleiter im Alltag - in Handys, Tablets und Notebooks, aber auch in E-Bikes und Elektroautos. Auch wenn diese Energiespeicher in der Regel sicher sind, können sie unter Umständen überhitzen und Feuer fangen. Ende 2015 machte der Fall eines überladenen Modellbau-Akkus Schlagzeilen, der einen Grossbrand in Steckborn am Bodensee auslöste.
Forschende um Jennifer Rupp von der ETH Zürich stellen nun einen Festkörperakku vor, bei dem nicht nur die Elektroden, sondern auch der Elektrolyt dazwischen aus festen chemischen Verbindungen besteht. "Feste Elektrolyte beginnen nicht zu brennen, selbst wenn sie sehr stark erhitzt werden oder offen an der Luft liegen", liess sich Rupp in einer Mitteilung der ETH vom Donnerstag zitieren.
An solchen Festkörperakkus wird weltweit geforscht. Eine Schwierigkeit dabei sei, die Elektroden und den Elektrolyt so zu verbinden, dass Ladungen möglichst widerstandsfrei zirkulieren können, wie die ETH schreibt. Für ebendiese knifflige Grenzfläche haben Rupp und ihr Team einen vielversprechenden Ansatz gefunden.
Grenzfläche mit schlauem Trick
Für den Elektrolyt wählten sie eine lithiumhaltige Verbindung namens Lithiumgranat, welches zu den Materialien mit der höchsten bekannten Leitfähigkeit für Lithium-Ionen gehört. Bei der Herstellung dieser Schicht sorgten die Forscher dafür, dass das Material eine poröse Oberfläche erhielt. Auf diese trugen sie das Material des Minuspols in flüssiger Form auf und härteten das Ganze bei 100 Grad Celsius aus.
Dieser Trick vergrösserte die Kontaktfläche zwischen Minuspol und Elektrolyt, so dass der resultierende Trockenakku nicht nur sicherer ist als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus, sondern auch schneller geladen werden kann.
Mit einem solch festen Lithiumgranat-Elektrolyt liessen sich auch Dünnschichtakkus bauen, beispielsweise solche, die man direkt auf Siliziumchips platzieren könne, sagte Rupp. "Diese Dünnschichtakkus könnten die Energieversorgung von tragbaren Elektronikgeräten revolutionieren."
Bei 95 Grad am besten
Allerdings funktioniert der von den Forschenden gebaute Akku am besten bei 95 Grad Celsius: "Die Lithium-Ionen können sich dann besser im Akku bewegen", erklärte Studienautor Semih Afyon, ehemaliger Mitarbeiter von Rupp und heute Professor am Izmir Institute of Technology in der Türkei.
Diese Optimal-Temperatur könnte man beispielsweise erreichen, wenn man solche Akkus in Batterie-Speicherkraftwerken nutzt, die an Industrieanlagen gekoppelt werden. "In vielen Industrieprozessen entsteht heute Abwärme, die ungenutzt verpufft", so Afyon weiter. Diese Abwärme könne man nutzen, um das Speicherkraftwerk mit den neuartigen Akkus bei optimaler Temperatur zu betreiben.