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Elektroautos könnten eines Tages mit Lithium-Luft-Batterien betrieben werden. An der TU Graz wurde mit Titancarbid ein viel versprechendes Material gefunden.

Foto: AP/Torsten Silz/dapd

Graz - Auf der Suche nach leistungsfähigeren Energiespeichern sind Forscher der TU Graz zusammen mit Kollegen der schottischen St. Andrews University einen Schritt weitergekommen: Sie erkannten, dass der Einsatz von Titancarbid (TiC) die Leitfähigkeit und Effizienz von Lithium-Luft-Batterien entscheidend verbessern kann. Die Forschungsergebnisse wurden in der jüngsten Ausgabe von "Nature Materials" publiziert.

Hintergrund Lithium-Luft-Batterien

Lithium-Luft-Batterien zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und einen hohen Wirkungsgrad aus. Sie könnten bis zu zehnmal mehr Energie als Lithium-Ionen-Batterien speichern und gelten daher als aussichtsreiche Nachfolgegeneration. Die konkreten Entwicklungen, etwa um Lithium-Luft-Batterien auch für die Elektromobilität praxistauglich zu machen, stecken allerdings noch in den Kinderschuhen.

Das Besondere am Speichersystem Lithium/Sauerstoff ist die sogenannte "Luftelektrode": Üblicherweise wird dafür Kohlenstoff in Form von Ruß verwendet. Mit dieser reagiert der Luftsauerstoff beim Entladen mit Lithium zu Li/O-Verbindungen und oxidiert zu Lithiumperoxid (Li2O2). Beim Laden dreht sich der Vorgang um und wird Sauerstoff (O2) abgegeben sowie metallisches Lithium abgeschieden.

Suche nach alternativen Materialien

Durch die Reaktion mit Sauerstoff wird aber auch die Kohlenstoffoberfläche der positiven Elektrode angegriffen - diese Nebenreaktionen vermindern die Wiederaufladbarkeit der Batterie. Gold könnte das Problem zwar lösen, ist aber kostspielig. Deshalb hat sich die Forschergruppe um Stefan Freunberger vom Institut für Chemische Technologie der TU Graz auf die Suche nach alternativen Materialien gemacht und ist bei Titancarbid fündig geworden.

Das Ergebnis: Titancarbid-basierte Elektroden sorgen für eine "saubere" Zellreaktion und reduzieren dadurch die unerwünschten Nebenreaktionen. Energieeffizienz und Lebensdauer würden erhöht, schreiben die Studienautoren in einer Aussendung der Universität. "Die Batterie kann so bei höherer Belastung betrieben werden und es gibt weniger Verlustleistung, das heißt, sie erwärmt sich nicht so stark", so Freunberger. Zudem sei das Material deutlich leichter (leichte Sauerstoff- statt schwerer metallischer Ionenstrukturen), verursache geringere Kosten (keine teuren und begrenzt verfügbaren Übergangsmetalle wie Kobalt, Nickel oder Mangan werden gebraucht) und sei einfacher herzustellen.

Nun wollen die Forscher in Graz die Porosität der Titancarbidstruktur mittels eines neuen Syntheseweges erhöhen und so die Kapazität der "luftigen" Batterietechnologie weiter steigern. (APA/red, derStandard.at, 2.12.2013)