Forscher entwickeln neue Anode für Li-Ion-Akkus – auch für Elektroautos. (Foto: IAM, KIT)
Die große Herausforderung bei Akkus für Elektroautos ist, möglichst viel Energie auf kleinem Raum speichern zu können. Dazu sollen die Batterien auch noch möglichst wenig wiegen. Experten halten immer noch die Lithium-Ionen-Akkus als am besten geeignet, diese Anforderungen zu erfüllen. Um noch mehr aus der Technologie herauszuholen, haben Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an der Jilin-Universität im chinesischen Changchun jetzt ein vielversprechendes Anodenmaterial entwickelt.
Sichere und langlebige Hochleistungszellen
Dabei setzt das Team auf Lithium-Lanthan-Titanat mit Perowskit-Kristallstruktur (LLTO). Das Material soll die Energie- und Leistungsdichte sowie die Laderate, die Sicherheit und Lebensdauer von Batterien verbessern, wie die Forschenden in einem in Nature Communications veröffentlichten Artikel berichten. Dabei sei keine Verkleinerung der Partikel von der Mikrometer- auf die Nanometerskala erforderlich. „Künftig könnten LLTO-Anoden besonders sichere und langlebige Hochleistungszellen ermöglichen“, sagte dazu Professor Helmut Ehrenberg, Leiter des Instituts für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) am KIT.
Derzeit besteht das sogenannte Aktivmaterial in den Anoden von Lithium-Ionen-Batterien überwiegend aus Graphit, das allerdings hat eine niedrige Laderate und weist Sicherheitsprobleme auf, wie die Forschenden meinen. Mittlerweile sei die Alternative Lithium-Titanat-Oxid (LTO) schon kommerzialisiert. LTO-Anoden sollen aber tendenziell eine niedrigere Energiedichte haben.
Dieses Problem soll die neue Anode jetzt lösen. Laut dem KIT haben LLTO-Anoden im Vergleich zu kommerzialisierten LTO-Anoden ein niedrigeres Elektrodenpotenzial. Dadurch erreichen sie eine höhere Zellspannung und eine höhere Kapazität – und das wiederum wirkt sich positiv auf die Energiedichte der Akkus aus. Anders als normalerweise bei einer Verbesserung der Laderate üblich, kann die KIT-Entwicklung auf eine Verkleinerung der Partikelgröße des Elektrodenmaterials verzichten. Das hat zur Folge, dass „prinzipiell einfachere und kostengünstigere Verfahren der Elektrodenherstellung“ möglich seien, so Ehrenberg.
Elektroautos: Branche arbeitet an besseren Akkus
Ob und wann entsprechende Akkus auf den Markt kommen, steht derweil nicht fest. Elektroautobauer Tesla will Anfang des nächsten Jahres eine günstige und langlebige Model-3-Batterie auf den Markt bringen. Dabei will das Unternehmen auf Kobalt verzichten, es soll sich um Lithium-Eisenphosphat-Akkus handeln, die von dem chinesischen Hersteller CATL entwickelt wurden.
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