Lithium-Luft-Batterie: Mechanismus zur gesteigerten Kapazität geklärt
Elektrolyt entscheidet Kapazität
Die Kapazität der Lithium-Luft-Batterie ist anders als bei jetzigen Batterien nicht fest bestimmt, sondern wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Zentral ist der Elektrolyt, der die Ionen leitet. Der Sauerstoff in der entladenen Lithium-Luft-Batterie ist idealerweise in Form von Peroxid vorhanden, also in fester, unlöslicher Form. Die Zwischenstufe dorthin ist sogenanntes Superoxid. Je löslicher die Zwischenstufe während des Entlademechanismus ist, desto besser wirkt sich das auf die Kapazität der Batterie aus. „Wir haben herausgefunden, dass das ‚Rädchen‘, an dem man drehen muss, in der sogenannten Donorzahl des Elektrolyten liegt. Diese Zahl beschreibt die Bindungsstärke zwischen dem Lösungsmittel und den Kationen eines darin gelösten Salzes und bestimmt die Löslichkeit der Zwischenstufe“, erklärt Stefan Freunberger. Ein Elektrolyt mit hoher Donorzahl ist also der Schlüssel zur gesteigerten Kapazität der Lithium-Luft-Batterie. „Hohe Donorzahlen haben beispielsweise Sulfoxide oder Imidazol. Letzteres ist eine Stickstoffverbindung, die wir in unserer Untersuchung als Modellsubstanz verwendet haben“, so Freunberger.
Gerichtete Forschung statt „trial and error“
Damit ist das theoretische Gerüst der Lithium-Luft-Batterie noch fundierter. „Wir haben nun viele trial and error-Versuche aus dem Weg geschafft und wissen, wir müssen einen Elektrolyten mit möglichst hoher Donorzahl verwenden. Nun können wir die Lithium-Luft-Batterie zielgerichteter bis zu ihrer tatsächlichen Verwendung erforschen“, sagt Stefan Freunberger, der als nächstes die Herstellung eines Polymerelektrolyten mit hoher Donorzahl in Angriff nehmen wird.
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