Luft athmende Lithium-Batterien beseitigen Bedenken zur Reichweite
Elektroautos sind eine Lösung für Europas Luftverschmutzungsprobleme und sie arbeiten in der Regel mit Li-Ionen-Batterien. Diese Batterien haben jedoch eine geringe Energiedichte, was bedeutet, dass sie für ihr hohes Gewicht nur relativ wenig Energie speichern. Aus diesem Grund werden alternative Batterietypen in Betracht gezogen. Die Li-Luft-Technologie ist wegen der ausgezeichneten Energiedichte eine mögliche Alternative. Diese Batterien bestehen aus einer auf Metall basierenden Anode und einer Luft-Kathode, die ständig Sauerstoff aus der Umgebungsluft extrahieren. Ihr Vorteil ist, dass sie eine 10-mal höhere Energiedichte haben als Li-Ionen-Batterien. Mit dieser vielversprechenden Option befasste sich das Projekt STABLE (Stable high-capacity lithium-air batteries with long cycle life for electric cars). Eine der größten Herausforderungen war es, den Lebenszyklus dieser Batterien zu verbessern, die vor STABLE bei 50 Zyklen maximal lag. Ziel des Projekts war, die Ladezyklen von 50 auf 100 bis 150 zu erhöhen, ohne dabei Kapazität zu verlieren. Schließlich kam man sogar auf über 150 Zyklen. Zur Erreichung dieser Ergebnisse diente innovative Forschung zu Batterieanode, Kathode und Elektrolytmaterialien und -technologien. Die Forscher untersuchten auch Montagetechniken für Batterien, die eine zentrale Rolle für deren Leistung, Kosten und Auswirkungen auf die Umwelt spielen. Das Team fand hoch aktive eifunktionelle Katalysatoren, die in der Lage sind, die Batterie effektiv zu regenerieren, und verwendeten geeignete Membranen, um die Li-Anode vor Dendritenbildung zu schützen. Es erhöhte auch die Elektrolytstabilität, um die Löslichkeit von Li2O2 zu verbessern und ein Verstopfen der Kathode zu vermeiden. Die Forscher verwendeten insbesondere Silber- und Magnesiumlegierungen von Li, zusätzlich zu Schutzschichten auf der Anode, um die Reaktivität von Li zu überwinden. Auf Kohlenstoff basierende Materialien trugen dazu bei, die Reversibilität der Sauerstoffreduktionsreaktion zu überwinden. Vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich Leitfähigkeit wurden mit mesoporösen Kohlenstoffen, Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstofffasern und Graphen für die Verwendung als Kathoden-Elektrodenmaterialien erzielt. Die Forscher verwendeten Flammsprühpyrolyse, um mehrere keramische Nanopulver zu synthetisieren, die die Kathodenkapazität erhöhten. Auf der porösen Kathode wurden Nanokatalysatoren erzeugt. Der Zusatz von ionischen Flüssigkeiten in organischen Lösungsmitteln verbesserte die Elektrolytionenleitfähigkeit signifikant. Metalloxidnanopartikel reduzierten auch die Dendritenbildung und verbesserten Sauerstofflöslichkeit, Viskosität und Polarität des Elektrolyts. STABLE machte Fortschritte hinsichtlich einer besseren Lebensdauer von Li-Luft-Batterien. Mit solchen Batterien können Elektroautos somit länger mit einer einzigen Ladung fahren, was das Vertrauen der Verbraucher und die Wettbewerbsfähigkeit des wachsenden europäischen Elektroautomarkts erhöhen wird.
Schlüsselbegriffe
Reichweitenangst, Lithium-Luft, Li-Luft-Batterien, Elektroautos, Energiedichte
