Batterietechnik: Neuartige Kathode verlängert die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien

Trotz diverser Fortschritte bei experimentellen Akku-Designs sind Lithium-Ionen-Akkus in den meisten Fällen weiterhin das Mittel der Wahl. Aber auch bei dieser eher alten Batterietechnik gibt es noch Raum für Verbesserungen. Forscher des Argonne National Laboratory sowie der Hong Kong University haben nun eine neue Kathoden-Beschichtung entwickelt, die die Akkus nicht nur sicherer macht, sondern auch ihre Lebensdauer verlängert.

Lithium-Ionen-Akkus sind weit verbreitet

Lithium-Ionen-Akkus sind mit Abstand der am weitesten verbreitete Akkutyp. Dennoch haben auch sie ihre Probleme. Eines davon ist dass die Kathode der Akkus zusätzlichen Sauerstoff generieren kann, der mit dem Elektrolyt reagiert. Daraufhin bildet sich ein dünner Film auf der Oberfläche der Kathode, der die Performance des Akkus behindert.

Um diesem Problem zu begegnen, sind die Kathoden vieler Lithium-Ionen-Akkus mit einer speziellen Beschichtung überzogen, die diesen Effekt reduzieren soll. Diese Beschichtungen verlangsamen allerdings auch den Ionenaustausch und senken so die Effizienz des Akkus. Bei höherer Temperatur oder Belastung des Akkus kann sich außerdem weiterhin die Schicht auf der Kathode bilden.

Neue Beschichtung verbessert die alte Akku-Technologie

Das internationale Forscherteam wollte Alternativen zu der gängigen Beschichtung untersuchen, um die Lebensdauer der Akkus zu verbessern. Letztlich kristallisierte sich ein leitfähiges Polymer namens PEDOT als beste Lösung heraus. Dieses schützt die Kathode während gleichzeitig Lithiumionen und Elektronen problemlos zur Kathodenoberfläche gelangen können. Die Beschichtung wird mittels eines oxidativen chemischen Dampfes aufgebracht, sodass die Beschichtung wirklich jeden Partikel der Kathode bedeckt. Dies ist ein weiterer Vorteil gegenüber der herkömmlichen Beschichtung, die nur einen Teil der Kathode bedeckt.

Die neue Beschichtung konnte in einem Praxisversuch die Spannung eines Lithium-Ionen-Akkus von 4,2 Volt auf 4,6 Volt erhöhen. Dies würde nicht nur die Kosten von Akkupacks senken, sondern auch die Laufzeit von Geräten verlängern.

„ This is an incredibly exciting advancement. This could significantly improve our experience with the devices we’ve come to rely on„, so Khalil Amine, einer der Autoren der Studie.

via Argonne National Laboratory