Robert Klatt
Ein neues Anodenmaterial verhindert Ablagerungen an der Kathode und erhöht so die Ladeleistung deutlich. Mit dem neuen Material können Lithium-Akkus produziert werden, mit denen ein Elektroauto in nur 15 Minuten geladen werden kann.
Tennessee (U.S.A.). Das Energieministerium der Vereinigten Staaten (DOE) spricht von Extreme Fast Charging, also dem extrem schnellen Laden eines Elektroautos, wenn dessen Akku in maximal 15 Minuten wieder aufgeladen sind. Aktuell benötigen Elektroautos aus der oberen Mittel- und Oberklasse noch etwa 30 Minuten, um ihren Akku von zehn auf 80 Prozent aufzuladen.
Wissenschaftler des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des DOE und der Universität von Tennessee haben nun laut einer Publikation im Fachmagazin Advanced Energy Materials ein Schlüsselmaterial entdeckt, das solche kurze Ladezeiten ermöglicht. Die Anode des Lithium-Akkus besteht aus einer Mischung aus Niobat, Molybdän und Wolfram.
In fast allen aktuellen Elektroautos kommen Lithium-Batterien mit Anoden aus Graphit zum Einsatz. Beim Ladevorgang zersetzen diese die Elektrolytlösung und führen so dazu, dass auf der Kathode Ablagerungen entstehen. Diese Ablagerungen reduzieren die Stabilität und Ladeleistung der Batterie. Wie Runming Tao erklärt, haben die Forscher deshalb nach einem alternativen Material gesucht.
„Wir suchen nach neuen, kostengünstigen Materialien, die Graphit ersetzen und sogar übertreffen können.“
Problematisch dabei ist vor allem, dass die meisten Materialalternativen andere Probleme mitbringen, erklärt Tao.
„So benötigen etwa vielversprechende Niobatoxide aufwendige Synthesen, die im industriellen Maßstab schwer umzusetzen sind.“
Zudem ist die Herstellung von Niobatoxiden und anderen Oxiden sehr energieintensiv und erzeugt giftige Abfallstoffe. Die Wissenschaftler des ORNL fanden jedoch heraus, dass der Sol-Gel-Prozess dieses Problem lösen kann. Beim Sol-Gel-Prozess werden flüssige Lösungen bei niedrigen Temperaturen mithilfe einer chemischen Reaktion in ein Gel umgewandelt. Dieses Gel konnten die Forscher dann mit Hitze festigen. Wie Tao erklärt, entstand so ein haltbares Material, das keine Ablagerungen auf der Anode bildet.
„Das Material hält höhere Spannungen aus als Graphit und bildet außerdem keine Ablagerungen auf der Anode.“
Zudem ist die Methode auch im industriellen Maßstab gut skalierbar.
„Die außergewöhnliche Schnellladegeschwindigkeit, kombiniert mit einer skalierbaren Synthese, machen es zu einem attraktiven Kandidaten für zukünftige Batteriematerialien.“
Advanced Energy Materials, doi: 10.1002/aenm.202200519
