Freitag, 5. Juni 2020
Über den Rand

Explosionssichere Lithium-Batterien

Hintergrund | Stefanie Bruckbauer | 27.08.2018 | |  
Mit einem Trick verhindert ein Forscherteam, dass Lithium-Ionen-Batterien Feuer fangen oder explodieren, wenn sie mechanisch beschädigt werden. (Bild: Tim Reckmann/ pixelio.de) Mit einem Trick verhindert ein Forscherteam, dass Lithium-Ionen-Batterien Feuer fangen oder explodieren, wenn sie mechanisch beschädigt werden. (Bild: Tim Reckmann/ pixelio.de)

Forscher haben eine Lithium-Ionen-Batterie entwickelt, die angeblich nicht explodieren kann, wenn sie mechanisch beschäftigt wird.

Gabriel Veith vom Oak Ridge National Laboratory und Kollegen von der University of Rochester haben eine Methode entwickelt, die verhindert, dass Lithium-Ionen-Batterien Feuer fangen oder explodieren, wenn sie mechanisch beschädigt werden. „Bei einem derartigen Ereignis gibt es oft einen Kurzschluss – wenn sich die beiden Elektroden berühren, die nur durch einen flüssigen Elektrolyten getrennt sind. Die gespeicherte Energie entlädt sich dann blitzartig“, erklären die Forscher. Dass man die Gefahr bei Li-Io-Akkus und Ladegeräten nicht auf die leichte Schulter nehmen sollte, hat erst vergangene Woche ein tragischer Unfall in Deutschland gezeigt.

Das Team rund um Veith vermischt den Elektrolyten mit einem Zusatz, der diesen sofort erstarren lässt, wenn die Batterie mechanisch zerstört wird, sodass die Elektroden zuverlässig voneinander getrennt sind. Ein Kurzschluss sei ausgeschlossen, wie versprochen wird. Andere Entwickler würden das Gleiche erreichen, indem sie von vornherein einen festen Elektrolyten verwenden. Das gehe allerdings zulasten der Kapazität und die Ladezeit würde sich verlängern. „Außerdem müssten die Hersteller ihren Produktionsprozess komplett umstellen. Bei der Verwendung des flüssigen Elektrolyten mit Erstarrungszusatz ändert sich der Herstellungsprozess hingegen nicht“, sagt Veith.

Beim Spielen mit den Kindern entdeckt

Wie Veith erzählt, hatte er die Idee, ein Additiv einzusetzen, als er und seine Kinder mit Oobleck spielten. „Dabei handelt es sich um ein sogenanntes nicht-newtonsches Fluid. Es besteht aus Maisstärke, die in Wasser eingerührt wird. Die Mixtur verhält sich wie eine Flüssigkeit, wird aber fest, wenn mit Gewalt darauf eingeschlagen wird. Lässt der Druck nach, wird Oobleck wieder flüssig“, erklärt der Forscher, der sich überlegte, dass sich auch ein Elektrolyt in einer Lithium-Batterie so verhalten müsste – und loslegte.

Gemeinsam mit seinen Kollegen fand er heraus, dass die Elektrolyt-Flüssigkeit die gleichen Eigenschaften annimmt wie Oobleck, wenn sie mit Kieselgel (einem feinpulvrigen Siliziumdioxid, wie erklärt wird) vermischt wird. Die Forscher setzten Teilchen mit einem Durchmesser von rund 200 Nanometern ein. Bei einem heftigen Stoß verklumpten die Kieselgel-Partikel und blockierten den Ionenfluss zwischen den Elektroden. Ein folgenschwerer Kurzschluss soll dadurch unmöglich werden. „Wenn die Gelpartikel alle gleich groß sind, verteilen sie sich völlig homogen in dem Elektrolyten. Dann funktioniert es wunderbar“, erläutert Veith. Wenn sie unterschiedlich groß seien, verklumpten sie nach einem Schlag nur teilweise, was schlecht sei.

Vorausgesetzt, sie finden einen industriellen Partner, wollen die Forscher vor allem in den E-Automarkt vordringen, wie sie sagen.

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