Nächste Generation der Li-Ion-Batterie im Blick

Aus zahlreichen Anwendungen ist die Lithium-Ionen-Batterietechnologie seit Jahren nicht mehr wegzudenken. Jedoch stößt sie aufgrund der erhöhten Leistungsanforderungen insbesondere im Bereich Elektromobilität an ihre Kapazitätsgrenzen. Dieses Problem will ein neues Forschungsprojekt lösen, das an der nächsten Generation von Lithium-Ionen-Akkus arbeitet, die sicherer und leistungsfähiger werden sollen.

„Lithium-Ionen-Akkus sind seit 1991 auf dem Markt, es gibt sie also schon relativ lange“, so Dr. Torsten Staab, Projektleiter und Privatdozent am Lehrstuhl für Chemische Technologie der Materialsynthese an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Die Energieträger seien zwar seitdem kontinuierlich verbessert worden, basierten jedoch weitgehend auf der bestehenden Technik, führt Staab aus.

Neue Batteriegeneration muss in großem Maßstab produziert werden können

Das neue Forschungsprojekt fokussiert v.a. auf den Austausch des bisherigen brennbaren flüssigen Elektrolyts durch einen keramischen Feststoff-Elektrolyten. Dadurch wäre der Akku nicht nur sicherer, da er nicht mehr so leicht in Brand geraten könnte, sondern würde materialbedingt auch eine höhere Energiedichte aufweisen. Für das Anwendungsbeispiel Elektroauto würde das bedeuten, dass bei gleich großem Akku mehr Reichweite zur Verfügung stünde.

Allerdings, so die Wissenschaftler, erfordere dies einen hohen technischen Aufwand wie Materialanalysen mittels Stickstoff-Sorption, Röntgen-Kleinwinkel-Streuung und Positronen-Vernichtung. Dies ist notwendig, um in der Gitterstruktur des Feststoff-Elektrolyten freie Plätze zu finden, durch die die Lithium-Ionen wandern können. Je nach Art dieser sogenannten Fehlstellen in der ansonsten regelmäßigen Gitterstruktur können sich die Ionen schneller oder langsamer durch den Festkörper bewegen.

Lehrstuhlinhaber Professor Gerhard Sextl, der auch das Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC leitet, verweist auf eine weitere Anforderungen an das Projekt: „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.“

An dem Forschungsprojekt mit einer Laufzeit von drei Jahren beteiligen sich Wissenschaftler aus Würzburg, Bayreuth und Helsinki sowie finnische Firmen. Gefördert wird es vom Bundeswirtschaftsministerium und von Business Finnland.