Samsungs explodierendes Galaxy Note 7 Smartphone Dies ist vielleicht das berüchtigtste Beispiel, aber bei vielen Geräten, die auf Lithium-Ionen-Batterien basieren, kam es bereits zu Zwischenfällen mit brennbaren Stoffen. Auch wenn dies statistisch gesehen selten vorkommt, ist dies eines der Risiken der Lithium-Ionen-Technologie. Dies wird häufig durch Probleme mit dem durchlässigen Polyethylenseparator verursacht, der die Kathoden- und Anodenkomponenten der Batterie getrennt hält.
Eine neue Forschungsarbeit der University of Michigan könnte dazu beitragen, sicherere, weniger brennbare Batterien zu schaffen. Allerdings – und zwar bei gleichzeitiger Verdoppelung der Leistung aktueller Lithium-Ionen-Zellen und ohne zusätzlichen Platzbedarf.
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„Wir haben einen effektiven Ansatz entwickelt und demonstriert, um eine neue Batterietechnologie zu ermöglichen, die einen festen Keramikelektrolyten anstelle einer Flüssigkeit verwendet.“ Jeff Sakamoto, außerordentlicher Professor für Maschinenbau an der University of Michigan, sagte gegenüber Digital Trends. „Diese Keramik ist aufgrund ihrer Stabilität gegenüber Lithiummetall und ihrer hohen Leitfähigkeit bei Raumtemperatur einzigartig. Diese beiden Eigenschaften ermöglichen den Einsatz metallischer Lithiumanoden, wodurch die Energiedichte im Vergleich zur Lithium-Ionen-Technologie verdoppelt werden könnte. Historisch gesehen ist die Leistung von Lithium-Ionen-Akkus in den letzten zwei Jahrzehnten um einige Prozent pro Jahr gestiegen. Darüber hinaus erreicht die Lithium-Ionen-Leistung einen Höchstwert von etwa 600 Wattstunden pro Liter. Diese Batterie würde eine 100-prozentige Verbesserung der Energiedichte ermöglichen.“
In Tests hat der Keramikelektrolyt nach längerem Radfahren keine sichtbare Verschlechterung gezeigt, ein Problem, das normale Lithium-Ionen-Batterien schließlich zerstören kann. Die Technologie könnte auch zu deutlich schnelleren Ladezeiten führen.
Aber könnte dadurch das Risiko explodierender Batterien wirklich vollständig beseitigt werden? Auch wenn es einen „dramatischen“ Unterschied machen könnte, räumte Sakamoto ein, dass noch mehr Forschung betrieben werden müsse. „Unser Keramikelektrolyt wird bei 1.000[-Grad] Celsius an der Luft hergestellt“, fuhr er fort. „Es ist nicht brennbar. Allerdings ist Lithiummetall auch reaktiv, aber nicht brennbar. Wir führen Tests durch, um die Sicherheit von Lithiummetall-Batterien zu quantifizieren, und sind uns bewusst, dass auch Lithiummetall Sicherheitsrisiken bergen kann.“
Die nächste Forschungsphase umfasst die Entwicklung eines Herstellungsprozesses. Es besteht die Hoffnung, dass dies in etwas weniger als einem Jahr, nämlich im Juli 2019, nachgewiesen werden kann. „Wir hoffen, bis dahin einen Prozess im Vorfeld des Pilotmaßstabs eingeführt zu haben“, sagte Sakamoto. „Es gibt noch viele Herausforderungen, aber wir machen Fortschritte und lernen dabei viel.“
Ein Papier, in dem die Arbeit beschrieben wurde, war kürzlich im Journal of Power Sources veröffentlicht.
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