12.12.2013

Technische Universität Graz

Luftige „Super-Batterie“: Forschern der TU Graz gelingt weiterer Schritt zur Lithium-Luft-Batterie

Lithium-Luft-Batterien können potentiell zehn Mal mehr Energie als Lithium-Ionen-Batterien speichern und gelten daher als deren vielversprechende Nachfolgerinnen. Die „luftige Super-Batterie“ ist besonders für die Elektromobilität interessant, steckt aber teilweise noch in den Kinderschuhen, beispielsweise was die Leitfähigkeit der Elektroden betrifft. In Zusammenarbeit mit der schottischen St. Andrews University haben Batterieforscher der TU Graz mit dem Einsatz von Titancarbid die Leitfähigkeit und Effizient der Lithium-Luft-Batterie entscheidend verbessert. Die Arbeit wurde in der aktuellen Ausgabe des renommierten Fachjournals „Nature Materials“ publiziert.

Obwohl sie als leistungsfähige Energiespeicher heute in Notebooks und Handys zu finden sind, haben Lithium-Ionen-Batterien gravierende Nachteile, etwa beschränkte Energiekapazitäten und rasch auftretende „Alterserscheinungen“. An ihre Stelle rücken könnte, insbesondere in zukünftigen Elektrofahrzeugen, die Lithium-Luft-Batterie, die dank leichter Sauerstoff- statt schwerer metallischer Ionenstrukturen die Energiespeicherkapazität potentiell verzehnfacht. Die neue Batterietechnologie steckt zum Gutteil aber noch in den Kinderschuhen. Zudem kommt die „luftige Super-Batterie“ im Gegensatz zur Lithium-Ionen-Batterie ohne teure und begrenzt verfügbare Übergangsmetalle wie Kobalt, Nickel oder Mangan aus. Forscher der TU Graz haben nun entscheidend zur weiteren Ausreifung der Lithium-Luft-Batterie beigetragen: In Zusammenarbeit mit der schottischen St. Andrews University haben sie für die Elektrode Titancarbid statt Kohlenstoff verwendet und damit die Leitfähigkeit und Stabilität entscheidend verbessert. Die renommierte Fachpublikation „Nature Materials“ veröffentlich die Arbeit in der aktuellen Ausgabe.

Leitfähigkeit im Visier

Im Rahmen eines Auslandsaufenthaltes in St. Andrews hat sich Stefan Freunberger vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz mit schottischen Kollegen eingehend mit der Leitfähigkeit von Elektroden in Lithium-Luft-Batterien befasst. Üblicherweise wird dafür Kohlenstoff in Form von Ruß verwendet. In der Lithium-Luft-Batterie heißt der Reaktionspartner Sauerstoff, und dieser greift die Kohlenstoffoberfläche an – frühzeitige Nebenreaktionen, die die Wiederaufladbarkeit verringern, sind die Folge. Die Forscher haben daher erstmals titancarbid-basierte Elektroden untersucht und wurden positiv überrascht: Das Titancarbid sorgt für eine „saubere“ Zellreaktion und erhöht damit die Energieeffizienz und die Lebensdauer der Batterie. „Die Batterie kann so bei höherer Belastung betrieben werden und es gibt weniger Verlustleistung, das heißt, sie erwärmt nicht so stark“, führt Stefan Freunberger aus. Als nächsten Schritt wollen die Grazer Batterieforscher die Porosität der Titancarbidstruktur mittels eines neuen Syntheseweges erhöhen und so die Energiekapazität der „luftigen“ Batterietechnologie der Zukunft weiter steigern.

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