Günstigere und stärkere Lithium-Ionen-Akkumulatoren
Die vielen Vorteile von Hybrid- und Elektrofahrzeugen umfassen geringe Lärmemission, minimale Umweltverschmutzung und eine relativ hohe Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Jedoch müssen deren Lithium-Ionen-Akkumulatoren verbessert werden, um die Ansprüche der Kunden hinsichtlich Kostenwirksamkeit, Reichweite und Beständigkeit zu erfüllen. Im EU-finanzierten Projekt AMELIE (Advanced fluorinated materials for high safety, energy and calendar life lithium ion batteries) wurde die Anwendung neuartiger Materialien erforscht, mit denen deutliche Verbesserungen erzielt werden könnten. Mit einem großen Schwerpunkt auf Sicherheit und Kostenwirksamkeit arbeitete das Team daran, die Spannung der Akkumulatorzelle für eine gesteigerte Leistung zu erhöhen. Die extremen Betriebsbedingungen der Hochspannungsumgebung erfordern stabilere Akku-Komponenten, darunter die Elektrolytflüssigkeit (Salze und Lösungsmittel), Trennschichten und Binder, sowie ein spezielles Kathodenmaterial. Es wurde auch an der Wiederverwertung des Akkumulators und seiner Bestandteile am Ende der Lebensdauer gearbeitet. Auf Grundlage der neuen Materialien, die als vielversprechend für den Betrieb unter Hochspannung gelten, arbeitete das Team an anorganischen fluorierten Lösungsmitteln und effizienteren Salzen. Die fluorierten Polymere wiesen eine hervorragende Wärme- und Feuerbeständigkeit sowie sehr gute elektrochemische Stabilität und Elektrolytkompatibilität auf. Mit den neuen fluorierten Materialien kann die Menge der verwendeten Fluoropolymeren oder fluorierten Verbindungen gesenkt und die Energiedichte des Akkumulators gleichzeitig erhöht werden. Die AMELIE-Forscher stellten 3 Zellen-Demonstrationssysteme mit Kapazitäten von etwa 10 Amperestunden her, um die groß angelegte Synthese der Materialien und die Verfahren zu bewerten. Der Schwerpunkt lag auf der kalendarischen und zyklischen Lebensdauer sowie auf der Energiedichte, der Sicherheit, der kostenbezogenen Wettbewerbsfähigkeit und der Wiederverwertung ausgedienter Akkumulatoren. Leider entsprachen die kalendarische und zyklische Lebensdauer nicht den für Elektrofahrzeuge gesetzten Leistungszielen. Zudem erreichte die Energiedichte nur zu Anfang der Lebensdauer die angestrebten 200 kWh. Dank eines recyclingfreien Verfahrens konnten die AMELIE-Wissenschaftler die Ziele der EU-Batterierichtlinie erreichen, die eine Recyclingeffizienz von 50 % als Ziel setzt.
Schlüsselbegriffe
Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Elektrofahrzeuge, fluorierte Materialien, Energie, Hochspannung
