Der ultimative Akku: Lithium + Luft

4. November 2015, 22:52 Uhr
Mikroskopisches Falschfarbenbild: Die schwarze Graphenoxid-Elektrode umringt von Lithiumhydroxid-Partikeln (rosa). Bild: Liu et al., Science
Mikroskopisches Falschfarbenbild: Die schwarze Graphenoxid-Elektrode umringt von Lithiumhydroxid-Partikeln (rosa). Bild: Liu et al., Science
Wissenschaftlern der britischen Universität Cambridge gelang ein bedeutender Schritt zu Höchstleistungsakkus, die Elektromobilität in großem Stil erst möglich machen. Sie erreichten mit neuer Technik bei hoher Energiedichte immerhin schon 2.000 Ladezyklen bei >90% Energieeffizienz.

Von kleinen Verbesserungen und anspruchsvollen Prognosen bei der Verbesserung bestehender Akkutechnik hört man immer wieder. Hier scheint es aber tatsächlich in die richtige Richtung zu gehen. Lithium-Luft-Akkus kommen vom Prinzip her der maximal möglichen Energiedichte eines Lithium-Akkus sehr nahe. Dabei ist Unterschied zu heutiger Akkutechnik nicht etwa nur graduell, sondern mit einer bis zu zehnfacher Energiedichte geradezu phänomenal. Mit solchen Akkus wären Elektro-Autos zu vertretbaren Kosten machbar, die eine Reichweite wie solche mit konventionellen Verbrennungsmotoren aufweisen. Zudem ist diese neue Akkutechnik sicher und sogar wasserunempfindlich.

Dem Team um Tao Liu gelang dabei das Umgehen bisheriger Schwächen von Li-O2-Akkus, die bislang nach nur wenigen Ladezyklen erschöpft waren. Bei solchen Akkus wandern Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode und dort reagieren sie unter Stromabgabe mit Sauerstoff zu Lithiumdioxid. Dieser Prozess ist umkehrbar und ermöglicht das Laden. Neu ist die Zugabe von Lithiumjodid und Wasser sowie die Verwendung einer porösen Graphenoxid-Elektrode. Bei dieser Akkuvariante bildet sich nun Lithiumhydroxid, das sich leichter wieder auspalten lässt. Durch das Vorhandensein von Wasser ist der Akku inhärent unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit. Die Labormuster zeigten sich mit über 2.000 Ladezyklen ungewöhnlich stabil. Die Differenz von Ladung und Entladung betrug nur 200 mV pro Zelle.

Die Prototypen sind allerdings noch lange nicht marktreif, denn sie wurden bislang mit reinem Sauerstoff statt Luft betrieben, da Stickstoff, Kohlendioxid und andere Gase die chemischen Reaktionen gestört hätten. Dennoch sind die Forscher zuversichtlich, auch diese Probleme in den nächsten Jahren in den Griff zu kriegen. Sie halten eine Verfünffachung der Energiedichte für praktisch möglich, was immerhin Reichweiten von mehreren hundert bis 1.000 km bedeuten würde. Durch preiswertere Materialien dürften auch die Kosten sinken. Die Ergebnisse ihrer Arbeiten wurden in der Zeitschrift Science unter dem Titel „Cycling Li-O2 batteries via LiOH formation and decomposition“ veröffentlicht.
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