KIT: Metallfluoride für zehnfach stärkere Akkus

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es einem Forscher-Team gelungen, ein neues Konzept für deutlich leistungsfähigere Akkus zu finden. Die Grundlage dafür bildet die Suche nach immer neuen Materialien, die in dem Bereich eingesetzt werden können. Metallfluoriden sollen nun für den nächsten Sprung nach vorn sorgen. Basierend auf einem Fluorid-Shuttle - der Übertragung von Fluorid-Anionen zwischen den Elektroden - verspricht die KIT-Technologie ein Mehrfaches der Speicherkapazität, wie sie bei Lithium-Ionen-Batterien möglich ist, zu bieten.

Metallfluoride lassen sich einerseits als Konversionsmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien einsetzen. Sie ermöglichen aber auch die Herstellung lithiumfreier Akkus mit fluoridhaltigem Elektrolyten,einer Anode aus Metall und Kathode aus Metallfluorid, die eine deutlich höhere Speicherkapazität und verbesserte Sicherheitseigenschaften aufweisen, heißt es in der Veröffentlichung der Forscher im Fachmagazin 'Journal of Materials Chemistry'.

Dabei übernimmt das Fluorid-Anion anstelle des Lithium-Kations den Ladungstransfer. An Kathode und Anode kommt es jeweils zur Bildung eines Metallfluorids oder zu dessen Reduktion. "Da sich mehrere Elektronen pro Metallatom übertragen lassen, erlaubt dieses Konzept außerordentlich hohe Energiedichten - bis zu zehn Mal so hoch wie bei gegenwärtigen Lithium-Ionen-Batterien", erklärte Maximilian Fichtner, einer der beteiligten Forscher. Metallfluorid-Akku Die KIT-Mitarbeiter arbeiten nun daran, Materialdesign und Batteriearchitektur weiterzuentwickeln, um die Anfangskapazität sowie die Zyklenfestigkeit der Fluorid-Ionen-Batterie zu verbessern. Eine weitere Herausforderung liegt in der Weiterentwicklung des Elektrolyten: Der bis jetzt eingesetzte Feststoffelektrolyt eignet sich nur für Anwendungen bei erhöhten Temperaturen. Ziel ist daher, einen geeigneten Flüssigelektrolyten zur Anwendung bei Raumtemperatur zu finden.