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Neue Lithium-Batterie kann weder brennen noch explodieren

Oobleck ist ein nichtnewtonsches Fluid, welches sich sowohl flüssig als auch fest verhalten kann und sehr einfach aus Wasser und Stärke herzustellen ist. Durch Oebleck inspiriert, wurde nun ein neues Elektrolyt mit einem Zusatz vermischt, der ihn bei mechanischen Beschädigungen sofort erstarren lässt. Foto: digboston

Mit einem raffinierten Trick verhindern Gabriel Veith vom Oak Ridge National Laboratory http://ornl.gov und seine Kollegen von der University of Rochester http://rochester.edu, dass Lithium-Ionen-Batterien Feuer fangen oder explodieren, wenn sie mechanisch beschädigt werden.

Bei einem derartigen Ereignis gibt es oft einen Kurzschluss – wenn sich die beiden Elektroden berühren, die nur durch einen flüssigen Elektrolyten getrennt sind. Die gespeicherte Energie entlädt sich dann blitzartig.

Kurzschluss ausgeschlossen

Veith und seine Mitstreiter vermischen den Elektrolyten mit einem Zusatz, der diesen sofort erstarren lässt, wenn die Batterie mechanisch zerstört wird. Dann sind die Elektroden zuverlässig voneinander getrennt. Ein Kurzschluss ist ausgeschlossen. Andere Forscher erreichen das Gleiche, indem sie von vornherein einen festen Elektrolyten verwenden. Das geht allerdings zulasten der Kapazität und die Ladezeit verlängert sich. Außerdem müssten die Hersteller ihren Produktionsprozess komplett umstellen. Bei der Verwendung des flüssigen Elektrolyten mit Erstarrungszusatz ändert sich der Herstellungsprozess hingegen nicht.

Veith hatte die Idee, ein Additiv einzusetzen, als er und seine Kinder mit Oobleck spielten. Dabei handelt es sich um ein sogenanntes nicht-newtonsches Fluid. Es besteht aus Maisstärke, die in Wasser eingerührt wird. Die Mixtur verhält sich wie eine Flüssigkeit, wird aber fest, wenn mit Gewalt darauf eingeschlagen wird. Lässt der Druck nach, wird Oobleck wieder flüssig. So müsste sich auch ein Elektrolyt in einer Lithium-Batterie verhalten, dachte sich Veith und legte los.

Eigenschaften wie Oobleck

Kieselgelpulver vor der Vermischung mit dem Elektrolyten (Foto: Gabriel Veith)

Gemeinsam mit seinen Kollegen fand er heraus, dass die Elektrolyt-Flüssigkeit die gleichen Eigenschaften annimmt wie Oobleck, wenn sie mit Kieselgel vermischt wird. Das ist feinpulvriges Siliziumdioxid. Die Forscher setzten Teilchen mit einem Durchmesser von rund 200 Nanometern ein. Bei einem heftigen Stoß verklumpten die Kieselgel-Partikel und blockierten den Ionenfluss zwischen den Elektroden. Ein folgenschwerer Kurzschluss wird dadurch unmöglich. „Wenn die Gelpartikel alle gleich groß sind, verteilen sie sich völlig homogen in dem Elektrolyten. Dann funktioniert es wunderbar“, erläutert Veith. Wenn sie unterschiedlich groß seien, verklumpten sie nach einem Schlag nur teilweise, was schlecht sei.

Vorausgesetzt, sie finden einen industriellen Partner, wollen die Forscher vor allem in den E-Automarkt vordringen. Veith hat aber noch eine weitere ausgefallene Idee: Er will eine Batterie entwickeln, die von Geschossen nicht durchlöchert werden kann. Soldaten sollen sie wie eine kugelsichere Weste tragen. Dies würde das erhebliche Gewicht der militärischen Schutzausrüstung, unter der Kämpfer bei Einätzen stöhnen, um neun Kilogramm reduzieren.

Quelle: pressetext.com

 

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3 Kommentare

  1. King Earl says:

    Interessante Entdeckung! Leider wird langfristig zu wenig Lithium verfügbar sein, deshalb sind Forschungen
    in eine andere Richtung vielversprechender. Materialien wie Schwefel oder Carbon sind massenhaft vorhanden;
    wenn man Zyklenzahl und Kapazität ähnlich wie bei Li-Io oder womöglich noch besser erreicht, dann hat man
    tatsächlich einen Superakku entwickelt. Wäre längst geschehen, hätte nicht die übermächtige Erdöllobby mehr
    als hundert Jahre lang allergisch auf alles reagiert, was mit mobiler Elektrizität zu tun hat. Am liebsten wäre es
    den Herren (ja, es waren und sind noch immer stets Männer, Frauen sind vernünftiger) von Esso & Co., wäre die Beleuchtung an den Autos noch mit Gas…

  2. Nur zur Info – Lithium ist auch massenhaft vorhanden – kann man nämlich auch aus Salzwasser gewinnen.
    siehe hier:
    http://scienceblogs.de/wasgeht/2015/08/20/wenn-geht-uns-das-lithium-fuer-elektroautos-aus/
    Hier ist die Rede von 240 Milliarden Tonnen Lithium im Meer.

    Davon abgesehen lässt es sich gut recyclen und, was viele auch nicht wissen: In einem modernen Li-Ion-Akku sind nicht viel mehr als 3% Lithium enthalten.
    Also – die Knappheit wird schon oft auch durch die Medien herauf beschworen.

  3. Interessanter Ansatz. Fast schon so genial wie damals das Dynamit. Auch wieder Kieselgel.
    Die Frage ist nur: wie sieht es mit false positives aus? sprich: wie zuverlässig führen „mechanische“ Einwirkungen im Normalbetrieb (rütteln, stoßen) die die Akkuzelle nicht beschädigen nicht zu einer Fehlfunktion.
    Und dann die rechtliche Frage: gelten solche Akkus nicht mehr als Gefahrgut? Zur Zeit ist es fast unmöglich bzw. ein teurer, bürokratischer Hürdenlauf einen einfachen Pedelec-Akku zu versenden.

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