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11.10.2016 | Batterie | Nachricht | Onlineartikel

Wie Batterien für Elektroautos sicherer werden

Autor:
Christiane Köllner

Batterien mit steigender Energiedichte können im Fehlerfall explodieren. Doch wird die Kathode aus anderem Material gefertigt, macht das die Batterie sicherer, haben Chemiker der Hochschule Landshut im Projekt Forelmo herausgefunden.

Je höher die Energiedichte einer Batterie, desto weiter kann ein Elektroauto damit fahren. "Das Problem dabei ist, dass sich diese Batterien mit steigender Energiedichte heftiger im Fehlerfall entzünden können", erklärt Professor Dr. Karl-Heinz Pettinger, wissenschaftlicher Leiter des Technologiezentrums Energie der Hochschule Landshut. Denn der Energiespeicher, meist ein Lithium-Ionen-Akku, erzeuge Wärme. Wird er nicht effizient gekühlt oder erleidet einen Kurzschluss, eine fatale Kettenreaktion. Sauerstoff wird aus dem Material freigesetzt, der sich intern entzündet. In der Folge brennt die Batterie oder explodiert. Thermisches Durchgehen oder thermal runaway nennen das Batterieexperten wie Pettinger.

Lithium-Eisen-Phosphat für die Kathode

Der Chemiker Pettinger hat mit seinem Forschungsteam ein alternatives Material für einen kleinen doch essenziellen Teil der Batterie, die Kathode, getestet. Statt einer Nickelverbindung, die in 95 Prozent der Batterien steckt, nutzten die Forscher Lithium-Eisen-Phosphat ihres Industriepartners, dem Chemiekonzern Clariant. "Diese Verbindung setzt keinen Sauerstoff frei, der sich entzünden könnte. Das macht die Batterie sicherer", fasst Pettinger zusammen.

Doch neues Material alleine reicht nicht aus. Prozesstechnologien mussten seine Konsistenz verändern. Denn damit Kathoden-Hersteller es leicht in bestehende Fertigungsprozesse einbinden können, müssen die Partikel mindestens ein paar Mikrometer groß sein, so die Forscher. Die Teilchen der Phosphatverbindung dagegen waren ursprünglich ein Vielfaches kleiner, das Material also ein zu feines Pulver. Das sei in großen Anlagen nur schwer zu dosieren. „Außerdem müsste man mehr Binder- und Lösemittel einsetzen, was die Qualität der Elektroden senkt“, erklärt Pettinger. Er und seine Kollegen bei Johnson Matthey Battery Materials haben das Pulver prozessgerecht gemacht – und damit bereit für die industrielle Anwendung. „Aus den Ergebnissen des Forschungsprojekts erstellen wir eine Applikationsschrift, also eine Art Rezept, wie Batteriehersteller das Kathodenmaterial einsetzen können“, sagt Pettinger.

Forschungsprojekt Forelmo

Der Bayerische Forschungsverbund für Elektromobilität (Forelmo) hat neue Lösungen zu ausgewählten Fragestellungen in den Schwerpunkten Elektromotor, Energiespeicher und leistungselektronische Schlüsselkomponenten erarbeitet. Im Mittelpunkt stand dabei der komplette elektrische Antriebsstrang. In dem dreijährigen Projekt, das kürzlich abgeschlossen wurde, haben Partner aus Industrie und akademischer Forschung an effizienten Antriebsmaschinen und hochleistungsfähiger Elektronik gearbeitet. Neben der Hochschule Landshut war auch die TU München, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie und die Georg-Simon-Ohm-Hochschule in Nürnberg als akademische Partner involviert. Aus der Industrie standen unter anderem Johnson Matthey Battery Materials, Infineon Technologies, TÜV Süd Battery Testing und Epcos zur Seite.  

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