Fluorid statt Lithium: Heiße Akkus für zehnfache Strommengen

Karlsruhe - Weltweit durchforsten Akkuforscher das Periodensystem, um Materialien für noch bessere Stromspeicher als Lithium-Ionen-Akkus zu finden. Wissenschaftler aus Karlsruhe wurden nun bei Metallfluoriden fündig. Sie bauten einen ersten Prototypen, der theoretisch deutlich mehr Strom liefern könnte als heute im Handel erhältliche Batterien. Über die ersten Lade- und Entladeversuche ihrer viel versprechenden Material-Kompositionen berichten sie in der Fachzeitschrift "Journal of Materials Chemistry".

"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", sagt Maximilian Fichtner, Leiter der Gruppe Energiespeichersysteme am Karlsruher Institut für Technologie. Zusammen mit seinem Kollegen Munnangi Anji Reddy wählte er eine Reihe von Metallfluoriden als Batterie-Kathode, die eine Ladung über einen festen Elektrolyten mit einer Anode aus dem Metall Cer austauschen können. Bei Spannungen von über 2,5 Volt erreichten sie Ladekapazitäten von über 300 Milliamperestunden pro Gramm. Das ist bereits deutlich mehr als bei heute verfügbaren Lithium-Ionen-Akkus.

Dadurch könnten Metallfluorid-Akkus in Zukunft deutlich mehr Strom bei einem geringeren Batteriegewicht zur Verfügung stellen. Über zehnfach höhere Energiedichten könnte so die Last beispielsweise in Elektromobilen signifikant gesenkt und die Reichweite erhöht werden. Bis dahin sind allerdings noch einige weitere Hürden zu überwinden.

Denn die ersten Prototypen liefern ihren Strom bei Temperaturen von etwa 150 Grad Celsius. Leitfähige Elektrolyte für geringere Betriebstemperaturen müssen daher noch gefunden werden. Zudem halbiert sich die Ladekapazität der Metallfluorid-Akkus schon nach wenigen Ladezyklen. Doch dieses Problem hatten auch Lithiumakkus zu Beginn ihrer Entwicklung und könnte durch eine optimale Materialwahl und ausgeklügeltes Akku-Design gelöst werden.