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24.07.2014 | Elektrotechnik | Im Fokus | Onlineartikel

So werden Lithium-Ionen-Batterien leistungsstärker

Autor:
Andreas Burkert

Dank eines neuartigen Kathodenaufbaus lassen sich  Kapazität, Energieeffizienz, Zyklenstabilität und die Energiespeicherdichte von Lithium-Schwefel-Batterien wie auch von Lithium-Ionen-Batterien verbessern.

In der Elektrochemie findet sich nicht nur das Geheimnis großer Reichweiten für Elektroautos. Elektrochemische Speichersysteme werden die mobile Energieversorgung von immer anspruchsvoller und kleiner werdenden Mobiltelefonen oder Computern, von Elektrowerkzeugen und eben Elektroautos grundlegend ändern, schreibt Springer-Autor Thomas Wöhrle in seinem Handbuch Lithium-Ionen-Batterien. Und weil mit der Energiewende auch Batterie-Speicherkraftwerken populär werden, ist die Nachfrage nach leistungsstarken Batterien groß.

Obschon ab Mitte des Jahres 1960 die ersten primären Lithium-Batterien als Massenprodukt eingeführt wurden, tüfteln Wissenschaftler noch immer noch der optimalen Lithium-Ionen-Batterie. Mit einem neuartigen Kathodenaufbau hoffen die Forscher Professor Timo Sörgel, Seniz Sörgel und Sandra Meinhard von der Hochschule für Technik und Wirtschaft Aalen nun eine Möglichkeit gefunden zu haben, Kapazität, Energieeffizienz, Zyklenstabilität und die Energiespeicherdichte von Lithium-Schwefel-Batterien wie auch von Lithium-Ionen-Batterien zu steigern. Zudem sind die Herstellungskosten der neuartigen Kathoden geringer als bei herkömmlichen Kathoden.

Kohlenstoffpartikel zur Erhöhung der Leitfähigkeit

Wenn das elektrochemisch aktive Material einer Kathode eine zu geringe elektrische Eigenleitfähigkeit aufweist, besteht das Kathodenmaterial üblicherweise aus einem Mehrkomponenten-Gemisch. Beispielsweise werden Kohlenstoffpartikel zur Erhöhung der Leitfähigkeit und Bindemittel zur Stabilisierung des Kathodenverbundes beigefügt. Das Gemisch wird dann auf den Stromsammler aufgebracht, der die Elektronen zum äußeren Stromkreis ableitet. Der Zusatz von Bindemitteln und elektrisch leitfähigen Füllpartikeln ist nicht nur teuer, sondern begrenzt auch die Energiedichte der Kathode, da der Volumenanteil des Bindemittels und der Füllpartikel zu Lasten des Aktivmaterials geht. Ein weiteres Problem ist der relativ hohe elektrische Widerstand zwischen den Grenzflächen der leitenden Füllpartikel im Kathodenverbund.

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Die drei Forscher entwickelten ein neues Kathodenkonzept, basierend auf einem neuartigen Verbundmaterial, durch das die bauliche und stoffliche Trennung von Stromsammler und Kathodenmaterial entfällt. Das Kathodenmaterial kann in einem einstufigen kontinuierlichen Herstellungsverfahren galvanogeformt oder in Bandgalvanikanlagen beschichtet werden. Durch den neu entwickelten Herstellungsprozess kann der Anteil des Aktivmaterials in der Kathode erhöht werden, da die Beimischung von Bindemitteln und elektrisch leitfähigen Füllpartikeln überflüssig ist.

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Quelle:
Handbuch Lithium-Ionen-Batterien

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