Sie finden sich in Smartphones, Laptops und E-Autos: wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus. Nicht selten haben diese in der Vergangenheit durch ihre Brandgefahr bei Überhitzung für Negativschlagzeilen gesorgt. Damit könnte jetzt Schluss sein.

Salzige Angelegenheit

"Eine der größten Herausforderungen in der Akku-Industrie ist das Sicherheitsproblem," wird die Doktorandin Rachel Z. Huang der Stanford University in einem neuen Bericht zitiert, in dem es um die Lösung dieses Problems geht. Die Schwierigkeit liege aktuell darin, dass der im Akku enthaltene Elektrolyt, der beim Laden und Entladen der Batterie Lithium-Ionen zwischen den beiden Elektroden befördert, brennbar ist.

Huang hat nun, zusammen mit ihrem Team, einen flammfesten Elektrolyt für ebendiesen Akku-Typ entwickelt. Mehrere Testversuche haben laut dem Bericht gezeigt, dass durch diese neue Technologie die Akkus auch bei höheren Temperaturen einwandfrei funktionieren konnten. Das Geheimnis des Wunderakkus ist simpel: mehr Salz.

Einfache Lösung

Batterien erzeugen Hitze, wenn sie beansprucht werden. Bei Defekten an diesen Batterien kommt es zu zusätzlicher und stark steigender Hitzeentwicklung. Schon bei knapp über 60 Grad Celsius verdampfen kleine Moleküle und wechseln somit ihren Aggregatzustand von flüssig auf gasförmig. Damit bläht sich der Akku auf, und sobald sich das Gas entzündet, beginnt er zu brennen.

Mehr Erfolg erzielte man in der Vergangenheit bei Polymer-Elektrolyten, die allerdings weniger leistungsfähig sind. Um die perfekte Mischung aus Sicherheit und Ausdauer zu erhalten, ergänzte Huang einem Elektrolyt auf Polymer-Basis das Lithium-Salz LiFSI. "Normalerweise sind weniger als 50 Prozent des Gewichts eines polymerbasierten Elektrolyts Salz", erklärt Huang. Sie erhöhte den Wert in ihrem Test auf 63 Prozent.

Aber anders als andere polymerbasierte Elektrolyten, nutzte Huang brennbare Lösungsmittelmoleküle. Der entstandene Elektrolyt Safe erwies sich dennoch als flammfest, auch in Lithium-Ikonen-Akkus. Offenbar arbeiten das Lösungsmittel und das Salz so gut zusammen, dass Temperaturen bis 100 Grad Celsius zu keinem Akkubrand führten.

"Mit dieser Erkenntnis sind künftig Batterien mit hoher Leistung und hoher Sicherheit möglich," zeigt sich das Forscherteam von den Ergebnissen begeistert. Das sei für Elektroautos genauso eine gute Nachricht wie für Smartphones und andere elektrische Geräte. (red, 9.12.2022)