PSI will Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus steigern

(CONNECT) Forschende des in Villigen ansässigen Paul Scherrer Instituts (PSI) haben eine neuen Schutzschicht für die Kathoden von Lithium-Ionen-Akkus entwickelt. Wie es in einer Mitteilung heisst, soll mit der neuen Beschichtung der Verschleiss der Kathoden gemindert und sowohl Lebensdauer als auch Energieausbeute der Akkus erhöht werden.

Das Forschungsteam unter Leitung von Mario El Kazzi vom Zentrum für Energie- und Umweltwissenschaften am PSI hat dabei eine Methode entwickelt, mit der sich die Oberfläche einer Batteriekathode stabilisieren lässt. Eine Schutzschicht, die aus einer Reaktion einer dünnen Schicht aus Lithiumkarbonat mit dem Gas Trifluormethan entsteht, ist in der Lage, chemischen und elektrochemischen Abbauprozessen zu widerstehen. Diese setzen ein, wenn von der Batterie eine Betriebsspannung von mehr als 4,3 Volt erzeugt wird.

Die in der neuen Reaktion entstehende Schutzschicht aus Lithiumfluorid ist nicht nur in der Lage, den Abbauprozessen zu widerstehen, sondern ermöglicht auch höhere Spannungen von 4,5 bis 4,8 Volt je Batteriezelle und damit eine höhere Energiedichte. „Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, liegt darin, die Betriebsspannung zu erhöhen“, wird Mario El Kazzi in der Mitteilung zitiert. „Steigt die Spannung, so steigt auch die Energiedichte.“

Tests ergaben einen weiteren Effekt der neuen Schutzschicht: nach 100 Lade- und Entladevorgängen ohne Abnahme der Ladegeschwindigkeit lag die Kapazität des Akkus noch bei 94 Prozent. Herkömmliche Batterien weisen hier noch eine Kapazität von 80 Prozent auf.

Das für die Herstellung der Schutzschicht verwendete Trifluormethan entsteht als Nebenprodukt beim Herstellen von Kunststoffen wie PTFE, PVDF und Schaumstoff. Es gilt als hochwirksames Treibhausgas und mehr als 10‘000-mal klimaschädlicher als Kohlendioxid. Die neue Methode könnte eine Form des Rezyklierens des Gases werden. ce/ww