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Elektrolytsalze von Air Products verbessern Leistungsfähigkeit
und Sicherheit von Lithium-Ionen-Akkus
Steigende Nachfrage nach Elektroautos erhöht Anforderungen an Akkus /
Air Products erhält zwei Patente auf neue Elektrolytsalze
Hattingen, 7. Juli 2008 – Elektroautos gehört die Zukunft. Im Jahr 2025 wird es
kaum noch Fahrzeuge geben, die nur von einem Verbrennungsmotor angetrieben
werden. Stattdessen werden Hybrid- und reine Elektrofahrzeuge das Straßenbild
dominieren. Das behauptet zumindest eine in Auszügen veröffentlichte Studie des
Center of Automotive Research (CAR) der Fachhochschule Gelsenkirchen.
Bis es so weit ist, müssen Batterieentwickler jedoch ein zentrales Problem lösen:
Die Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Kapazität der bisher hauptsächlich eingesetzten
Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Akkus entspricht nicht den
Anforderungen moderner Elektro- und Hybridautos. Reichweiten von maximal
100 Kilometern sind potenziellen Käufern eines Elektroautos deutlich zu wenig.
Große Hoffnungen setzen die Autohersteller deshalb auf Lithium-Ionen-Akkus.
Bei Testläufen erreichen die modernen Energiespeicher deutlich bessere Werte als
ihre Vorgänger. Bei gleicher Größe speichern sie doppelt bis viermal so viel
Energie wie herkömmliche Akkus und sind gleichzeitig wesentlich leichter. Allerdings
gibt es ein Sicherheitsproblem: Lithium ist hochreaktiv. Steigt die Temperatur
des Akkus über ein bestimmtes Maß hinaus – zum Beispiel durch Überladung
oder Verunreinigungen bei der Herstellung –, kann er überhitzen oder sogar in
Brand geraten. Darüber hinaus sind die bisher gängigen Li-Ionen-Akkus aufgrund
der meist verwendeten Kobalt-Elektroden zu teuer für die Massenfertigung von
Elektroautos. Gesucht werden also ebenso leistungsfähige wie sichere Akkus, die
für die Serienproduktion bezahlbar sind.
Patentierte Technologie für die nächste Akku-Generation
Für neu entwickelte Elektrolytsalze, die diesen Anforderungen begegnen, hat das
US-amerikanische Unternehmen Air Products jetzt zwei Patente erhalten. Der
Elektrolyt ist im Akku das Leitmedium, das den Stromfluss erst ermöglicht. Die
unter dem Produktnamen StabiLife angebotenen Salze sind speziell für den Einsatz
in der nächsten Generation von Lithium-Ionen-Akkus zugeschnitten. Die
neuen Elektrolytsalze verringern die Temperatursensibilität der Akkus und verhindern
so die übermäßige Erwärmung. Zudem bleiben die Salze bis zu einer
Temperatur von mehr als 400 Grad Celsius stabil, sodass der Akku seltener ausläuft.
Darüber hinaus begünstigen sie durch eine erhöhte Leitfähigkeit den Einsatz
von preisgünstigeren Materialien für die Elektroden, wie beispielsweise Eisen-Phosphat oder nicht brennbaren Polymeren.
„Die Patente sind ein wesentlicher Schritt für die Entwicklung der nächsten Generation
elektrisch angetriebener Fahrzeuge“, erklärt Wayne Mitchell, Vice President
und General Manager Performance Materials bei Air Products. „Sie zeigen
darüber hinaus, welches Potenzial hinter dem Einsatz fluorierter Materialien in
Lithium-Ionen-Akkus steckt.“ Air Products ist weltweit einer der führenden Anbieter
von fluorierten Zwischenprodukten.
Technischer Hintergrund:
Die von Air Products entwickelten StabiLife-Elektrolytsalze basieren auf so genannten
polyfluorierten Boranclusteranionen (chemische Formel [B12FxH12-x]2-).
Bei der Fluorierung der Borancluster werden Wasserstoffatome durch Fluoratome
ersetzt. Das verleiht den Molekülen zum einen mehr Stabilität, zum anderen begünstigt
es den Ionenaustausch und erhöht damit die Leitfähigkeit des Elektrolytsalzes.
Die so gewonnene, außerordentliche thermische und hydrolytische Stabilität
des Elektrolyts ermöglicht den Einsatz sichererer und kostengünstigerer Elektroden-Materialien wie Lithium-Mangan-Oxid (LiMn2O4) und Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) in großen Lithium-Ionen-Akkus. Die Salze erweitern darüber
hinaus den Bereich der Betriebstemperatur im Vergleich zu den bislang eingesetzten
Elektrolytsalzen deutlich. |
