Verbesserte Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Lithium-Ionen-Akkus
Im Jahr 2025 wird es kaum noch Fahrzeuge geben, die nur von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden.
Elektroautos gehört die Zukunft. Im Jahr 2025 wird es kaum noch Fahrzeuge geben, die nur von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Stattdessen werden Hybrid- und reine Elektrofahrzeuge das Straßenbild dominieren. Das behauptet zumindest eine in Auszügen veröffentlichte Studie des Center of Automotive Research (CAR) der Fachhochschule Gelsenkirchen.
Bis es so weit ist, müssen Batterieentwickler jedoch ein zentrales Problem lösen: Die Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Kapazität der bisher hauptsächlich eingesetzten Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Akkus entspricht nicht den Anforderungen moderner Elektro- und Hybridautos. Reichweiten von maximal 100 Kilometern sind potenziellen Käufern eines Elektroautos deutlich zu wenig.
Große Hoffnungen setzen die Autohersteller deshalb auf Lithium-Ionen-Akkus. Bei Testläufen erreichen die modernen Energiespeicher deutlich bessere Werte als ihre Vorgänger. Bei gleicher Größe speichern sie doppelt bis viermal so viel Energie wie herkömmliche Akkus und sind gleichzeitig wesentlich leichter. Allerdings gibt es ein Sicherheitsproblem: Lithium ist hochreaktiv. Steigt die Temperatur des Akkus über ein bestimmtes Maß hinaus - zum Beispiel durch Überladung oder Verunreinigungen bei der Herstellung -, kann er überhitzen oder sogar in Brand geraten. Darüber hinaus sind die bisher gängigen Li-Ionen-Akkus aufgrund der meist verwendeten Kobalt-Elektroden zu teuer für die Massenfertigung von Elektroautos. Gesucht werden also ebenso leistungsfähige wie sichere Akkus, die für die Serienproduktion bezahlbar sind.
Patentierte Technologie für die nächste Akku-Generation
Für neu entwickelte Elektrolytsalze, die diesen Anforderungen begegnen, hat das US-amerikanische Unternehmen Air Products jetzt zwei Patente erhalten. Der Elektrolyt ist im Akku das Leitmedium, das den Stromfluss erst ermöglicht. Die unter dem Produktnamen StabiLife angebotenen Salze sind speziell für den Einsatz in der nächsten Generation von Lithium-Ionen-Akkus zugeschnitten. Die neuen Elektrolytsalze verringern die Temperatursensibilität der Akkus und verhindern so die übermäßige Erwärmung. Zudem bleiben die Salze bis zu einer Temperatur von mehr als 400 Grad Celsius stabil, sodass der Akku seltener ausläuft. Darüber hinaus begünstigen sie durch eine erhöhte Leitfähigkeit den Einsatz von preisgünstigeren Materialien für die Elektroden, wie beispielsweise Eisen-Phosphat oder nicht brennbaren Polymeren.
"Die Patente sind ein wesentlicher Schritt für die Entwicklung der nächsten Generation elektrisch angetriebener Fahrzeuge", erklärt Wayne Mitchell, Vice President und General Manager Performance Materials bei Air Products. "Sie zeigen darüber hinaus, welches Potenzial hinter dem Einsatz fluorierter Materialien in Lithium-Ionen-Akkus steckt." Air Products ist weltweit einer der führenden Anbieter von fluorierten Zwischenprodukten.
Technischer Hintergrund:
Die von Air Products entwickelten StabiLife-Elektrolytsalze basieren auf so genannten polyfluorierten Boranclusteranionen (chemische Formel [B12FxH12-x]2-). Bei der Fluorierung der Borancluster werden Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt. Das verleiht den Molekülen zum einen mehr Stabilität, zum anderen begünstigt es den Ionenaustausch und erhöht damit die Leitfähigkeit des Elektrolytsalzes. Die so gewonnene, außerordentliche thermische und hydrolytische Stabilität des Elektrolyts ermöglicht den Einsatz sichererer und kostengünstigerer Elektroden-Materialien wie Lithium-Mangan-Oxid (LiMn2O4) und Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) in großen Lithium-Ionen-Akkus. Die Salze erweitern darüber hinaus den Bereich der Betriebstemperatur im Vergleich zu den bislang eingesetzten Elektrolytsalzen deutlich.
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