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Bessere Batterien Großes Problem beim Einsatz von Aluminium-Anoden gelöst

Quelle: Fraunhofer IPA 3 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Aluminium als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien wäre ideal, doch den industriellen Einsatz verhinderten bisher einige Effekte. Das soll sich bald ändern ...

Es ist erreicht! Forscher haben es geschafft, Lithium-Ionen-Batterien mit bisher problematischen Aluminium-Anoden eine hohe Energiedichte und eine nachhaltige, sichere, günstige und robuste Zellarchitektur zu geben. Lesen Sie hier, was sich damit für Vorteile ergeben ...(Bild: Fraunhofer IPA)
Es ist erreicht! Forscher haben es geschafft, Lithium-Ionen-Batterien mit bisher problematischen Aluminium-Anoden eine hohe Energiedichte und eine nachhaltige, sichere, günstige und robuste Zellarchitektur zu geben. Lesen Sie hier, was sich damit für Vorteile ergeben ...
(Bild: Fraunhofer IPA)

Aluminium gilt seit Langem als vielversprechendes Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien, sagen die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Es ist auch gut verfügbar, relativ günstig und ermöglicht hohe Batteriekapazitäten, wie es weiter heißt. Doch der bisher bremsten einige Herausforderung den massiveren Einsatz aus. Denn beim Laden und Entladen verändert Aluminium nämlich sein Volumen. Dadurch entstehen mechanische Spannungen, die zu Rissen, Poren und letztlich zur Pulverisierung des Elektrodenmaterials führen. Die Folge ist eine sinkende Kapazität und eine begrenzte Lebensdauer der Batteriezelle. Das IPA hat mit dem Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart etwas Neues geschaffen.

Bisher heikle Batterietechnik wird beherrschbar

Die Forscher der beiden Institute haben nämlich eine Zell- und Elektrodentechnik entwickelt – und nun patentiert –die genau diese Alterungsprozesse im Rahmen von Aluminium-Anoden für Lithium-Ionen-Batterien verhindert. Damit, so betonen die Protagonisten, ist das oben beschriebene, zentrale Problem gelöst. Die Innovationen stabilisieren dabei die Materialien während des Betriebs und erhalten den elektrischen Kontakt innerhalb der Elektrode über viele Lade- und Entladezyklen, heißt es allgemein. Der neue Ansatz verbinde damit hohe Energiedichten mit einer einfachen, robusten und auf Sicherheit ausgelegten Zellchemie. „Wir machen eine seit Langem bekannte, aber bislang schwer beherrschbare Batterietechnologie praktisch nutzbar“, bringt es Professor Kai Peter Birke, wissenschaftlicher Direktor für Batterie- und Wasserstoffsysteme und -speicher am Fraunhofer IPA, auf den Punkt.

Alles ohne Graphit, Silizium oder Kupferträger

Damit entfallen die für konventionelle Hochenergieanoden mit großem Siliziumanteil typischen Herausforderungen rund um die starken Volumenänderungen und die daraus entstehenden Materialschäden während der Lade- und Entladevorgänge. Auch könne auf das verbreitete Graphit in der Anode verzichtet werden, was ein großes Versorgungsrisiko der europäischen Batterieindustrie aus der Welt schaffen würde. Das Ausgangsmaterial der Aluminium-Anode ist demnach eine günstige, handelsüblich legierte Aluminiumfolie, die gleichzeitig die Rolle des Stromableiters und des Aktivmaterials einnimmt, wie die Forscher erklären. So kann auch auf Kupfer als Trägerfolie verzichtet werden. Auch der aufwendige Beschichtungsprozess, der das Aktivmaterial erst als Elektrode nutzbar macht, ist passé. So spare man Prozesskosten und den Energiebedarf bei der Elektrodenfertigung erheblich.

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