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E-Mobility: Wiener Forscher verdreifachen Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus

In der Tesla-Fabrik in Fremont. © Tesla Motors
In der Tesla-Fabrik in Fremont. © Tesla Motors

Die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Akkus ist nicht nur bei Smartphones ein großes Thema, auf für Elektro-Fahrzeuge könnte sie entscheidend sein. Forschern der Universität Wien ist in dieser Hinsicht ein Durchbruch gelungen. Ein internationales Team rund um Materialwissenschaftler Freddy Kleitz von der Fakultät für Chemie konnte die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus verdreifachen: Aktuell liegen solche Akkus bei einer vollen Leistungsfähigkeit über etwa 1.000 Ladezyklen. Mit dem neuen Materialmix des Forscherteams war eine volle Leistung über 3.000 Ladezyklen möglich.

Umweltfreundlicher Ansatz

Der Einsatz von Lithium-Ionen-Akkus für E-Fahrzeuge gilt aber mit aktuellen Materialien als umweltschädlich – vor allem aufgrund der rohstoffintensiven Produktion. Auch dieses Problem könnte mit dem neuen Ansatz der Forscher rund um Kleitz behoben werden. „Im Vergleich zu den bestehenden Ansätzen ist unsere innovative Design-Strategie für leistungsfähiges und langlebiges Anodenmaterial einfach und effizient. Es handelt sich um einen wasserbasierten Prozess und ist von daher umweltfreundlich und bereit zur Anwendung auf industrieller Ebene“, so die Studienautoren.

Neuer Materialmix statt reinem Graphit

Gemeinsam mit einem Team aus Italien, rund um Claudio Gerbaldi, dem Leiter der Gruppe für Angewandte Material- und Elektrochemie am Politecnico di Torino, hat das Wiener Team für die Anode von Lithium-Ionen-Akkus eine neue nanostrukturierte 2D/3D-Verbindung aus Mischmetalloxiden und Graphen entwickelt. Dadurch wurde die deutliche Steigerung der elektrochemischen Leistung auf 3.000 Ladezyklen erreicht. Bisher bestehen Anoden dieser Akkus häufig aus Kohlenstoff-Material wie Graphit. Am Weg zu einer Alternative standen die Forscher jedoch vor einem Problem: „Metalloxide weisen eine höhere Batteriekapazität als Graphit auf, sind aber eher instabil und wenig leitfähig“, so Kleitz.

Das neue, aktive Anodenmaterial © Freddy Kleitz/Universität Wien und Claudio Gerbaldi/Politecnico di Torino
Das neue, aktive Anodenmaterial © Freddy Kleitz/Universität Wien und Claudio Gerbaldi/Politecnico di Torino

Die Teams haben es geschafft, die positiven Eigenschaften beider Materialien in einer neuen Verbindung zu kombinieren. Das Ergebnis: Eine neue Familie für aktives Elektrodenmaterial aus halbdurchlässigen Mischmetalloxiden, bestehend aus Kupfer und Nickel, in Kombination mit dem elektrisch leitfähigen und stabilisierend wirkenden Graphen. Um dieses Material herstellen zu können war zudem die Entwicklung einer neuen Kochprozedur notwendig. Die Ergebnisse haben den Forschern die Titelgeschichte des Fachmagazins „Advanced Energy Materials“ gesichert.

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