Förderung der Leistungsfähigkeit von Lithiumbatterien
Die Förderung von Lithium-Energiespeichersystemen ist das Ziel des EU-finanzierten Exzellenznetzes ALISTORE (Advanced lithium energy storage systems based on the use of nano-powders and nano-composite electrodes/electrolytes). "Es ist klar, dass die elektrische Energiespeicherung in der neuen Energiewirtschaft eine wichtige Rolle spielt und aufladbare Lithiumbatterien in diesem Bereich, neben anderen Technologien, bedeutende potenzielle Auswirkungen haben", so die Projektpartner einstimmig. Die aufladbare Lithiumbatterie wurde erstmals 1990 eingeführt und war ein wichtiger Durchbruch in der Energiespeicherung. Heute ist sie in vielen Geräten zu finden, darunter Mobiltelefone, Digitalkameras, Laptops und sogar Elektroautos. Aufgrund ihrer Lebensdauer und Leistungsfähigkeit sowie technischen Problemen werden sie jedoch den technologischen Anforderungen nicht mehr gerecht. Den Forschern und Entwicklern des ALISTORE-Projekts zufolge könnten Nanowerkstoffe eine Lösung bieten und "über das Potenzial zur Revolutionierung des Batteriedesigns verfügen". Zuerst muss jedoch das grundlegende Problem verstanden werden. Daher wurde Dr. Wolfgang Dreyer, Physiker am Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS), gebeten, ein mathematisches Modell der elektrochemischen Prozesse, die in einer Lithiumbatterie ablaufen, zu entwickeln. In Prinzip enthält eine Lithiumbatterie unzählige Nanokugeln aus Eisenphosphat, die sich am Minuspol sammeln. Der Pluspol besteht andererseits aus Lithium oder Lithiumlegierungen. Nimmt man elektrischen Strom von der Batterie in Anspruch, wandern Lithiumionen zum Minuspol und die Eisenphosphatkugeln schwellen an. Wenn die Batterie aufgeladen wird, kehren die Lithiumionen zum Pluspol zurück. Das technische Problem entsteht durch ein Ungleichgewicht zwischen Strominput und Stromoutput. Dies zeigen von slowenischen Kollegen bereitgestellte Daten zu elektrochemischen Prozessen. Dieser Prozess wird als Hysterese bezeichnet. Dr. Dreyer ist sicher, dass ein genaues Modell zur Einsparung teurer Versuche beitragen und somit Zeit und Geld sparen könne, da nur noch besonders viel versprechende Experimente durchgeführt würden. Am Ende seien wesentliche Verbesserungen zu erwarten: Die Hysterese würde kleiner, die Ladezeiten würden verringert und die Ladungsdichte könnte sich deutlich steigern.