Selbstheilender Akku verhindert gefährliche Unfälle

Forscher der chinesischen Fudan University, dem Samsung Advanced Institute of Technology sowie dem Samsung R&D Institute China haben eine neue Familie von Lithium-Ionen-Akkus entwickelt, die Unfälle dank ihrer erstaunlichen Selbstheilungskräfte verhindert. Laut dem Team um Yonggang Wang und Huisheng Peng müssen alle einzelnen Bestandteile des Akkus selbstheilend sein.

Die Elektroden der Akkus bestehen aus Lagen parallel ausgerichteter Kohlenstoffnanoröhrchen, zwischen die die benötigten Lithiumverbindungen in Form von Nanopartikeln – LiMn₂O₄ für die eine, LiTi₂(PO4)₃ für die andere Elektrode – eingebettet wurden. Anders als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus können die Lithiumverbindungen hier nicht aus den Elektroden austreten, weder im Betrieb, noch bei einem Bruch.

Die dünnen Schichtelektroden sind jeweils auf einem Substrat aus einem selbstheilenden Polymer fixiert. Zwischen den Elektroden befindet sich ein neuartiger, lösemittelfreier Elektrolyt aus einem Cellulose-basierten Gel, in das eine wässrige Lithiumsulfatlösung eingebettet ist. Dieser Gel-Elektrolyt dient gleichzeitig als Trennschicht zwischen den Elektroden.

Nach einem Bruch reicht es, die Bruchstellen einige Sekunden lang zusammenzudrücken, damit diese wieder zusammenwachsen. Nicht nur das selbstheilende Polymer, auch die Kohlenstoffnanoröhrchen kleben dann wieder perfekt aneinander - dank ihrer parallelen Ausrichtung wesentlich besser als bei Schichten ungeordneter Kohlenstoffnanoröhrchen. Auch der Elektrolyt stellt kein Problem dar. Während sich herkömmliche Elektrolyte bei Luftkontakt sofort zersetzen, ist das neue Gel an der Luft stabil. Frei von organischen Lösemitteln ist es weder brennbar noch toxisch, sondern sicher in der Anwendung.

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