cambridge. Zehnfache Kapazität: Bei der Entwicklung eines Lithium-Luft-Akkus melden Forscher große Fortschritte

Es könnte ein Schritt sein, die Elektromobilität besser in Fahrt zu bringen: Forscher der Universität Cambridge in Großbritannien haben große Fortschritte bei der Entwicklung einer leistungsfähigen Lithium-Luft-Batterie erreicht. Eine hohe Energiedichte, eine Energieeffizienz von über 90 Prozent und eine Haltbarkeit von 2000 Ladezyklen sei erzielt worden, berichtet das Team um Clare Grey im Fachmagazin „Science“.

Lithium-Luft-Batterien gelten seit Jahren als die Technologie, die künftig die derzeitigen Lithium-Ionen-Batterien ablösen könnten. Sie können theoretisch die zehnfache Kapazität der heutigen Batterien erreichen und damit die gleichen Reichweiten erlauben wie bei einem Benzinauto. Doch zuletzt gab es wenig Fortschritte, weil die komplexen chemischen Vorgänge in der Batterie die Wissenschaftler vor zahlreiche Hürden stellten. So gibt es bei allen bisher entwickelten Ausführungen große Probleme mit unerwünschten Nebenreaktionen, die die Batterie schnell altern lassen.

Auch Grey und ihre Kollegen gehen davon aus, dass eine kommerzielle Lithium-Luft-Batterie frühestens in zehn Jahren verfügbar sein wird. Doch ihr Resultat stimmt sie optimistisch: „Was wir erreicht haben, ist ein bedeutender Fortschritt für diese Technologie, der komplett neue Bereiche für die Forschung aufzeigt“, wird Grey in einer Pressemitteilung ihrer Universität zitiert. Die womöglich wegweisenden Veränderungen betreffen den Elektrolyten (das Medium zwischen den Elektroden) und die Struktur der Kathode (positive Elektrode).

Während bei vielen Ansätzen während der Nutzung der Batterie Lithiumperoxid entsteht, führt die Reaktion bei Grey und Kollegen hauptsächlich zu Lithiumhydroxid. Das erreichten sie vor allem durch die Zugabe von Lithiumjodid zur Elektrolytlösung Dimethoxyethan. Die Bildung von Lithiumhydroxid geschieht vor allem in der Gegenwart von Wasser – ein großer Unterschied zu anderen Ansätzen, die sehr empfindlich gegenüber Wasser sind. Das könnte dabei helfen, so die Forscher, mit der Feuchtigkeit in der Luft zurechtzukommen. Bis jetzt funktioniert die Batterie jedoch nur mit reinem Sauerstoff statt mit Luft.

Lorenzo Grande vom Helmholtz-Institut Ulm des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) findet die Studie spannend, vermisst aber Aussagen über die aus Lithium bestehende Anode (negative Elektrode). „Lithium ist sehr reaktionsfreudig“, so Grande. Deshalb könne gerade das von den Forschern eingeführte Wasser neue Probleme bereiten. An der Anode wachsen Verästelungen, sogenannte Dendriten, die die Kapazität der Batterie verringern und schließlich zu einem Kurzschluss führen können. Außerdem seien die Größenordnungen an der Versuchsbatterie sehr klein, bemängelt Grande. Bei einer Vergrößerung könnten weitere Schwierigkeiten auftreten.

dpa