Lithium-Ionen-Batterien Mit selbstheilendem Material zu langlebigen E-Auto-Batterien

Redakteur: Katharina Juschkat

Lithium-Ionen-Batterien mit langer Lebensdauer – das erforschen Wissenschaftler aus Halle im EU-Projekt «Bat-4-Ever». Dafür haben sie ein Material entwickelt, das sich selbst heilt.

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Wissenschaftler forschen an E-Auto-Batterien, die trotz vieler Ladevorgänge lange halten.
Wissenschaftler forschen an E-Auto-Batterien, die trotz vieler Ladevorgänge lange halten.
(Bild: Pixabay)

Wissenschaftler aus Halle entwickeln selbstheilende Polymere, die die Speicherkapazität von Lithium-Ionen-Batterien erhöhen und die Lebensdauer verlängern können.

Wir wollen dem Menschheitstraum von dauerhaft haltbaren Materialien näherkommen.

Prof. Wolfgang Binder

Material heilt Defekte selbst

Eine Gruppe Wissenschaftler an der Universität Halle-Wittenberg um Prof. Wolfgang Binder beschäftigt sich im Rahmen des EU-Forschungsprojekts «Bat-4-Ever» mit der Entwicklung von Funktionspolymeren. Polymere sind langkettige Moleküle, aus denen zum Beispiel Kunststoffe bestehen. Auf chemischem Wege können sie in Struktur, Anordnung und Zusammensetzung soweit verändert werden, dass sie neue Eigenschaften ausbilden.

Die Wissenschaftler haben jetzt Materialien entwickelt, die kleinste strukturelle Defekte selbst erkennen und sogar selbst reparieren können.

Was die ewig haltbare Batterie können müsste

Die Herausforderung: Je schneller eine Batterie ge- oder entladen wird, desto schneller und stärker altert sie auch. Was dabei vor sich geht: Während der Lade- und Entladezyklen ändert sich das Volumen innerhalb der Batterie. Das Material dehnt sich aus und zieht sich zusammen – um so öfter, je schneller der Ladevorgang geht. Das führt durch Risse zu einer frühzeitigen Zerstörung der Batterieelektroden und auch der Elektrolyte. Darunter leidet die Kapazität der Batterie, die sich mit zunehmendem Alter immer schwerer aufladen lässt.

Professor Wolfgang Binder vom Institut für Chemie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg erforscht mit seinem Team selbstheilende Polymere.
Professor Wolfgang Binder vom Institut für Chemie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg erforscht mit seinem Team selbstheilende Polymere.
(Bild: David Ausserhofer / SFB TRR 102)

Eine ewig haltbare Batterie müsste demzufolge aus Materialien hergestellt sein, die diese Volumenänderungen kompensieren. Das EU-Projekt entwickelt ein Diagnose- und Reparatursystem, das frühzeitige Schäden erkennt und repariert. Das könnten etwa die Funktionsmaterialien erfüllen, die Binders Wissenschaftler-Team entwickelt.

Dazu gehört ein reversibler Klebstoff, der die beim Lade-und Entladevorgang gestresste Elektrode «zusammenhält». Es handele sich um ein klebriges Gel, so Binder, dessen chemische Bindungen unter den Volumenänderungen brechen und sich wieder zusammensetzen. Dabei bildet das Gel einen Schutzfilm, der schon feinste Risse in der Elektrode «stopft». So werde vermieden, dass die Schäden grösser werden.

Zunächst müssen die Wissenschaftler noch testen, welchen Einfluss dieses in den Elektrolyten eingebrachte Selbstheilungssystem auf das Betriebssystem der Akkus hat.

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