Lithium-Luft-Technologie: Vielversprechende Energiespeicher lassen sich gezielt optimieren

Aktuell sind bei Energiespeichern Lithium-Ionen-Akkus das Maß aller Dinge. Doch die Konkurrenz steht in den Startlöchern, u. a. die Lithium-Luft-Technologie. Forscher haben nun eine mögliche Erklärung dafür gefunden, warum diese Akkus bislang nur wenige Ladezyklen durchhalten.

Sie haben nachgewiesen, dass während des Betriebs von Lithium-Luft-Akkus eine besonders reaktionsfreudige Form des Sauerstoffs entsteht. Dieser Singulett-Sauerstoff könnte dafür verantwortlich sein, dass sich der Elektrolyt schnell zersetzt und die Kohlenstoff-Elektrode korrodiert.
Diese Entdeckung ermögliche es, Lithium-Luft-Akkus gezielt zu verbessern, berichten die Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der Technischen Universität München in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Angewandte Chemie.

Lithium-Luft-Akkus können die 20-fache Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus erreichen
Lithium-Luft-Akkus können theoretisch die 20-fache Energiedichte heutiger Lithium-Ionen-Akkus erreichen. Für Elektroautos etwa bedeutet das, dass sie deutlich weiter als heute fahren könnten, bevor ihre Batterie wieder neu aufgeladen werden muss. Als Heimspeicher hätten sie einen wesentlich geringeren Platzbedarf.
Allerdings lassen sich diese Akkus nur wenige Male aufladen, bevor sie rapide an Leistungsfähigkeit verlieren oder gar nicht mehr funktionieren. Ursache sind bisher unverstandene Zersetzungsreaktionen vor allem beim Laden.

Singulett-Sauerstoff reagiert sehr viel schneller als normaler Sauerstoff
Diese haben die Forscher um Prof. Rüdiger Eichel mithilfe einer innovativen Messmethode unter die Lupe genommen. Ausgangspunkt war ihre Vermutung, dass Singulett-Sauerstoff eine wichtige Rolle bei diesen Reaktionen spielen könnte. Dabei handelt es sich um Sauerstoff-Moleküle, die elektronisch angeregt sind. Sie reagieren sehr viel schneller mit den Stoffen in ihrer Umgebung als normaler Sauerstoff. Somit sind sie kurzlebig und schwer nachzuweisen.
„Daher haben wir den Singulett-Sauerstoff gleichsam in eine chemische Falle gelockt“, erläutert Eichel. Eine chemische Verbindung reagiert mit dem Singulett-Sauerstoff zu einer Verbindung, die mit der Elektronenspinresonanz-Spektroskopie nachgewiesen werden kann.

Neuer Ansatzpunkt zur Leistungssteigerung von Akkus
„Nun können wir und andere Forscher gezielt die Vorgänge im Lithium-Luft-Akku so maßschneidern, dass sich kein reaktiver Singulett-Sauerstoff bildet. Damit haben wir einen neuen Ansatzpunkt, um Akkus länger leistungsfähig zu machen“, sagt Rüdiger Eichel. Stellschrauben seien zum Beispiel Zusatzstoffe für den Elektrolyten oder Beschichtungen für die Elektroden.

11.05.2016 | Quelle: Forschungszentrum Jülich GmbH | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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