Iridium-Nanoteilchen machen leistungsstarken Lithium-Luft-Akku stabiler

Argonne (USA) - Elektroautos mit Reichweiten von über 1000 Kilometern sind heute noch ein Wunschtraum der Akkuforscher. Doch theoretisch könnte dieses Ziel mit Lithium-Luft-Akkus erreicht werden, die bisher aber noch nicht stabil genug für den Praxiseinsatz sind. Eine mögliche Lösung dieses Problems fanden nun Forscher aus den USA und Südkorea. In der Fachzeitschrift „Nature“ berichten sie über einen neuen Prototyp, der während des Entladens bevorzugt die stabile Verbindung Lithiumsuperoxid bildete.

„Diese Entdeckung weist einen neuen Weg für die Entwicklung dieser leistungsstarken Akku-Variante auf“, sagt Larry Curtiss vom Argonne National Laboratory. Unterstützt von Kollegen der Hanyang University in Seoul fertigte sein Forscherteam eine Akku-Kathode auf der Basis hauchdünner, oxidierter Graphen-Schichten. In dieses leitfähige Kohlenstoffmaterial lagerten die Wissenschaftler winzige Nanoteilchen aus dem harten Edelmetall Iridium ein. An diesen Nanopartikeln, jedes davon kleiner als zwei Nanometer, bildeten sich beim Entladen des Akkus bevorzugt stabile Kristalle aus Lithiumsuperoxid (LiO2). In bisher entwickelten Lithium-Luft-Akkus dominierten dagegen Kristalle aus Lithiumperoxid (Li2O2).

So ähnlich beide Kristalltypen auf den ersten Blick sein mögen, unterscheiden sie sich wesentlich in ihrer Stabilität. Prototypen, in denen Lithium mit Sauerstoff zu Lithiumperoxid reagierte, blieben nur über wenige Ladezyklen funktionsfähig. Der neue Akku mit Lithiumsuperoxid dagegen hielt bereits im ersten Anlauf über 40 Ladezyklen stand. Dabei erreichten Curtiss und Kollegen eine relativ hohe Stromdichte von bis zu 1000 Milliampere pro Gramm.

Diese Studie zeigt, dass erst in jüngster Zeit entwickelte Methoden zur Einlagerung von Nanoteilchen sinnvoll in der Akkuforschung eingesetzt werden können. Nach diesem ersten Prototyp halten es die Wissenschaftler für wahrscheinlich, dass die Anzahl der Ladezyklen für Lithium-Luft-Akkus ohne allzu große Kapazitätsverluste deutlich erhöht werden könnte. Ob statt des teuren Edelmetalls Iridium auch andere, günstigere Metalle wie etwa Silber das gewünschte Wachstum von Lithiumsuperoxid-Kristallen unterstützen können, muss erst in weiteren Experimenten überprüft werden.