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Neue Lithium-Batterie kann nicht mehr explodieren

| Redakteur: Margit Kuther

Werden Lithium-Akkus oder -Batterien mechanisch beschädigt, ist die Gefahr groß, dass sie Feuer fangen oder gar explodieren. Ursache ist ein Kurzschluss, den Forscher nun verhindern konnten.

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Akkuschutz: Kieselgel lässt flüssigen Elektrolyt verklumpen
Akkuschutz: Kieselgel lässt flüssigen Elektrolyt verklumpen
(Bild: Gabriel Veith)

Bei beschädigten Akkus oder Batterien gibt es oft einen Kurzschluss, wenn sich die beiden Elektroden berühren, die nur durch einen flüssigen Elektrolyten getrennt sind. Die gespeicherte Energie entlädt sich dann blitzartig. Mit einem raffinierten Trick verhindern Gabriel Veith vom Oak Ridge National Laboratory und seine Kollegen von der University of Rochester einen Kurzschluss, so eine Meldung von pressetext.

Elektrolyt erstarrt bei Beschädigung des Akkus

Dazu vermischen Veith und seine Mitstreiter den Elektrolyten mit einem Zusatz, der diesen sofort erstarren lässt, wenn die Batterie mechanisch zerstört wird. Dann sind die Elektroden zuverlässig voneinander getrennt. Ein Kurzschluss ist ausgeschlossen. Andere Forscher erreichen das Gleiche, indem sie von vornherein einen festen Elektrolyten verwenden. Das geht allerdings zulasten der Kapazität und die Ladezeit verlängert sich. Außerdem müssten die Hersteller ihren Produktionsprozess komplett umstellen.

Bei der Verwendung des flüssigen Elektrolyten mit Erstarrungszusatz ändert sich der Herstellungsprozess hingegen nicht. Veith hatte die Idee, ein Additiv einzusetzen, als er und seine Kinder mit Oobleck spielten. Dabei handelt es sich um ein sogenanntes nicht-newtonsches Fluid. Es besteht aus Maisstärke, die in Wasser eingerührt wird. Die Mixtur verhält sich wie eine Flüssigkeit, wird aber fest, wenn mit Gewalt darauf eingeschlagen wird. Lässt der Druck nach, wird Oobleck wieder flüssig. So müsste sich auch ein Elektrolyt in einem Lithium-Akku verhalten, dachte sich Veith und legte los.

Kieselgel lässt Elektrolyt-Flüssigkeit bei Stoß verklumpen

Gemeinsam mit seinen Kollegen fand er heraus, dass die Elektrolyt-Flüssigkeit die gleichen Eigenschaften annimmt wie Oobleck, wenn sie mit Kieselgel vermischt wird. Das ist feinpulvriges Siliziumdioxid. Die Forscher setzten Teilchen mit einem Durchmesser von rund 200 Nanometern ein. Bei einem heftigen Stoß verklumpten die Kieselgel-Partikel und blockierten den Ionenfluss zwischen den Elektroden. Ein folgenschwerer Kurzschluss wird dadurch unmöglich.

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„Wenn die Gelpartikel alle gleich groß sind, verteilen sie sich völlig homogen in dem Elektrolyten. Dann funktioniert es wunderbar“, erläutert Veith. Wenn sie unterschiedlich groß seien, verklumpten sie nach einem Schlag nur teilweise, was schlecht sei. Vorausgesetzt, sie finden einen industriellen Partner, wollen die Forscher vor allem in den E-Automarkt vordringen.

Veith hat aber noch eine weitere ausgefallene Idee: Er will einen Akku entwickeln, die von Geschossen nicht durchlöchert werden kann. Soldaten sollen sie wie eine kugelsichere Weste tragen. Dies würde das erhebliche Gewicht der militärischen Schutzausrüstung, unter der Kämpfer bei Einätzen stöhnen, um neun Kilogramm reduzieren.

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Partnerportal Elektronikpraxis.de.

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