Umweltschutz dank „zinn-voller“ Technik
Erschwinglicher, fester Super-Ionenleiter für Lithiumbatterien entwickelt.
Moderne Lithiumbatterien verwenden zumeist Flüssigelektrolyte mit hoher Ionenleitfähigkeit. Dabei werden die Ionen werden in einer Trägerflüssigkeit schnell vom einen Batteriepol zum anderen transportiert. Überhitzung der Elektrolyte kann jedoch zu unerwünschten chemischen Reaktionen führen, bis hin zum Entflammen der Batterie. Insbesondere für die Anwendung in Automobilen wären deshalb nicht-entflammbare Elektrolyte von großem Vorteil.
Eine wichtige Klasse solcher Materialien sind feste Elektrolyte, die nicht nur sicherheitstechnische Vorteile bieten, sondern auch ein platzsparendes Batteriedesign erlauben. Viele feste Lithium-Elektrolyte weisen jedoch eine deutlich niedrigere Leitfähigkeit auf als Flüssigelektrolyte. Zwar stellte eine japanische Arbeitsgruppe vor zwei Jahren einen festen Lithium-Ionenleiter vor, dessen Ionenleitfähigkeit sogar höher ist als diejenige der bisher gebräuchlichen flüssigen Alkylkarbonate. Der Nachteil: Die Verbindung enthält das Halbmetall Germanium, und Germanium ist ein knapper und teurer Rohstoff.
„Wir haben eine kostengünstige Alternative gefunden“, erklärt Stefanie Dehnen von der Philipps-Universität in Marburg. Auf der Suche nach einer preiswerteren Möglichkeit gelang es dem Team um Dehnen und Bernhard Roling, Germanium durch Zinn zu ersetzen. Dehnen lehrt an der Philipps-Universität Anorganische Chemie, Roling Physikalische Chemie.
„Die Lithium-Ionenleitfähigkeit der neuartigen Verbindung entspricht in etwa derjenigen der üblichen Elektrolyte auf Alkylkarbonat-Basis“, erläutert Roling. „Die hohe Leitfähigkeit macht das Material zu einem attraktiven Kandidaten für die Verwendung in Festkörperbatterien“, fasst er zusammen. „Stellt man die gegenwärtigen Rohstoffpreise in Rechnung, so sollte die Produktion nur etwa ein Drittel dessen kosten, was die Verwendung von Germanium verschlingt.“
Neben den Marburger Arbeitsgruppen waren an der Studie Wissenschaftler der Universität Siegen sowie das Unternehmen Bruker Biospin aus Rheinstetten beteiligt. Das Bundesforschungsministerium förderte die Forschungsarbeiten finanziell im Rahmen des Projekts „Konzeptstudien für neuartige Lithium-Ionen-Zellen auf der Basis von Werkstoffinnovationen“.
U. Marburg / PH
