Die Lithium-Ionen-Speichertechnologie ist in zahlreichen Anwendungen verbreitet, stößt aber insbesondere im Bereich Elektromobilität an Kapazitätsgrenzen. Ein neues Forschungsprojekt arbeitet an der nächsten Generation von Lithium-Ionen-Akkus, die leistungsfähiger und sicherer werden sollen.
An dem auf drei Jahre angelegten Forschungsprojekt sind Wissenschaftler aus Würzburg, Bayreuth und Helsinki sowie finnische Firmen beteiligt, die vom Bundeswirtschaftsministerium sowie von Business Finnland gefördert werden.
„Lithium-Ionen-Akkus sind seit 1991 auf dem Markt, es gibt sie also schon relativ lange“, erklärt Projektleiter Dr. Torsten Staab, Privatdozent am Lehrstuhl für Chemische Technologie der Materialsynthese an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU).
Zwar wurden seitdem die Energieträger kontinuierlich verbessert, jedoch basierten diese Verbesserungen immer auf der bestehenden Technik, so Staab. Im Mittelpunkt des neuen Forschungsprojekts stehen die bisherigen brennbaren flüssigen Elektrolyte, die durch einen keramischen Feststoff-Elektrolyten ersetzt werden sollen. Solche Akkus wären nicht nur sicherer, da sie nicht mehr so leicht in Brand geraten können, sondern würden dank der neuen Materialien auch eine höhere Energiedichte aufweisen – im Falle von Elektroautos also mehr Reichweite bei gleich großen Akku zur Verfügung stellen.
Was sich einfach anhört, erfordert einen hohen technischen Aufwand: Mittels Stickstoff-Sorption, Röntgen-Kleinwinkel-Streuung und Positronen-Vernichtung werden die Materialien analysiert, um in der Gitterstruktur des Feststoff-Elektrolyten freie Plätze zu finden, durch die die Lithium-Ionen wandern können. Diese sog. Fehlstellen in der ansonsten regelmäßigen Gitterstruktur ermöglichen den Ionen – je nach Art der Fehlstelle – eine schnellere oder langsamere Bewegung durch den Festkörper.
„Wir betreiben hier aber nicht nur Materialforschung auf höchstem Niveau. Für uns ist besonders auch der Übertrag in die Anwendung von großer Bedeutung. Neue Materialien müssen also später auch von den Kosten her wettbewerbsfähig und in einem industrierelevanten Maßstab produzierbar sein“, erläutert Lehrstuhlinhaber Professor Gerhard Sextl, in Personalunion auch Leiter des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC, die Anforderungen an das Projekt.
Hier finden Sie ein Interview mit einem der Begründer der Lithium-Ionen-Technologie.
