Lithium-Luft-Akkus

Lithium-Luft-Akkus können theoretisch pro Gewichtseinheit das Dreifache an Energie wie Lithium-Ionen-Akkus speichern. Die bisherigen Prototypen werden jedoch von diversen Problemen geplagt. Zwei könnte nun ein neuer, hocheffizienter Katalysator lösen.

Inzwischen allgegenwärtig ist keine Ende der technischen Entwicklung von Lithium-Ionen-Akkus in Sicht. Eine der neuesten Ideen sind Lithium-Luft-Akkus, die ihren Namen dem Umstand verdanken, dass sie Strom erzeugen, wenn das Leichtmetall Lithium mit Luftsauerstoff reagiert. Bezogen auf ihr Gewicht könnten sie drei Mal so viel Energie speichern wie herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus.

Hört sich toll an, allerdings war dieser Energiespeicher bisher eher wenig umgänglich: Schlechte Effizienz, geringe Haltbarkeit (Lebensdauer: nur wenige Ladezyklen), langsame Performance, Strom und Wasser machen sie platt und last but not least: Lithium ist hochreaktiv, aus den Elektroden wachsen möglicherweise Verzweigungen heraus, die im Akku Kurzschlüsse verursachen können.

Die MIT-ler haben zumindest für zwei der Unannehmlichkeiten eine Lösung gefunden: Dank eines neuen Katalysators ist es ihnen gelungen, die Effizienz der Akkus auf einen neuen Rekordwert zu steigern.

Der Katalysator besteht aus Nanopartikeln einer Gold-Platin-Legierung. Damit konnte der Prototyp des Akkus 77 Prozent der zuvor gespeicherten Energie wieder abgeben.

Bildquelle: Yi-Chun Lu

Mit dem neuen Katalysator scheinen die MIT-ler nun zumindest das Effizienzproblem gelöst zu haben. Beim Entladen verbindet sich Lithium mit Luftsauerstoff zu Lithiumoxid und setzt dabei Elektronen frei. Beim Laden hingegen werden beide Elemente getrennt. Der neue Katalysator verstärkt beide Reaktionen: Die Goldatome helfen bei der Oxidation, die Platinatome hingegen unterstützen das Abtrennen des Sauerstoffs. Dadurch wird beim Laden und Entladen weniger Energie verschwendet.

Weil der Katalysator auch die Verklumpung von Lithiumoxid mindert, das sonst allmählich das Innere des Akkus verstopft, könnte er auch dessen Lebensdauer verlängern. Die Zukunft des Gold-Platin-Katalysator steht allerdings noch in den Sternen, denn Jean-Marie Tarascon von Université de Picardie Jules Verne schwört auf billiges Manganoxid, habe er doch erst kürzlich herausgefunden, dass es noch bessere Werte als die Verbindung der MIT-Forscher aufweist, sagt Tarascon.

Es bleibt also spannend.

Das Paper: Lu, Y. et al., „Platinum?Gold Nanoparticles: A Highly Active Bifunctional Electrocatalyst for Rechargeable Lithium-Air Batteries“, Journal of the American Chemical Society, 7.6.2010 (Abstract)

Weitere Infos:
http://www.technologyreview.com/energy/25503/?a=f

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