Nicht brennbarer Elektrolyt für Kalium-Akkus

3. Februar 2020, 09:00 Uhr
Kalium-kompatible, nicht brennbare Elektrolyte. Bild: Wiley.
 
Kalium-kompatible, nicht brennbare Elektrolyte. Bild: Wiley.
 
Die Lithium-Ionen-Technologie dominiert zwar immer noch, doch Preis, Umweltaspekte und die Entflammbarkeit des Elektrolyten sind problematisch. Bei Akkus der Zukunft soll daher das teure Lithium durch leichter verfügbare und viel billigere Materialien, wie etwa Kalium ersetzt werden. Kalium- und Kalium-Ionen-Akkus haben aber auch Sicherheitsprobleme, denn nicht brennbare Elektrolyte waren für Kalium noch nicht verfügbar.

Flammhemmendes Lösungsmittel

Die Forscher haben einen Elektrolyten auf der Basis eines flammhemmenden Materials entwickelt und für den Einsatz in Kaliumbatterien angepasst. Neben der Nichtbrennbarkeit kann er in Akkus mit Konzentrationen betrieben werden, die für die Massenfertigung erforderlich sind.
 
Der neue Elektrolyt enthält als einzigen Bestandteil des Lösungsmittels das als Flammschutzmittel bekannte Triethylphosphat. Bislang wurde diese Substanz aufgrund von Stabilitätsanforderungen nur in sehr hohen Konzentrationen in Lithium-Ionen-Akkus getestet. In der Industrie werden allerdings verdünnte Elektrolyte bevorzugt, da sie billiger und besser sind. Durch die Verwendung von Kalium-Ionen konnte laut den Forschern die Konzentration reduziert werden. Hierfür wurde das Phosphat-Lösungsmittel mit einem Kaliumsalz kombiniert. Resultat war ein stabiler, nicht brennbarer Elektrolyt mit Konzentrationen von 0,9 bis 2 Mol/Liter, wodurch sich Energiespeicher in größeren Dimensionen realisieren lassen, wie sie etwa für  Smart-Grids nötig sind.

Kalium-Ionen-Akkus der Zukunft

Laut den Forschern war der Schlüssel hierzu die Bildung einer gleichmäßigen und stabilen Feststoff/Elektrolyt-Zwischenphasenschicht. Das funktioniert nur mit Phosphat-Elektrolyten. Herkömmliche Karbon-Elektrolyte können solche Schichten nicht aufbauen. Der neue Elektrolyt erlaubt eine hohe Zyklenzahl bei hoher Stabilität. 
 
Kalium-Ionen-Akkus der Zukunft können mit dem neuen, anorganischen und phosphatbasierten Elektrolyten sicher gemacht werden. Elektrolyte auf der Basis von Flammschutzmitteln haben großes Potential für die Konstruktion anderer, nicht brennbarer Akkutypen.
 
Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie.
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