Helmholtz-Gemeinschaft

Fluorid-Batterien als Konzept der Zukunft

Karlsruher Institut für Technologie
Zusammenbau Testzelle

Eine Wissenschaftlerin beim Zusammenbau einer Testzelle in einer Handschuhbox unter Schutzgasatmosphäre, die ungewünschte Reaktionen verhindert. Foto: KITmehr lesen

Batteriezellen

Unter kontrollierten Temperaturbedingungen werden die einzelnen Batteriezellen getestet. Foto: KIT Foto/Grafik: www.kit.edu.

Lithium-Ionen-Batterien sind zurzeit die leistungsfähigsten Batteriesysteme, aber ihre Speicherkapazität lässt sich kaum noch steigern. Für viele Anwendungen, insbesondere in stationären und mobilen Geräten oder Fahrzeugen, müssen die Batterien jedoch mehr Energie speichern und deutlich kompakter werden.

Ein völlig neues Konzept haben KIT-Wissenschaftler um Dr. Maximilian Fichtner am Institut für Nanotechnologie entwickelt. Sie verwenden neuartige Komposit-Elektroden, bei denen die Kathode im Wesentlichen aus einer Metall-Fluorid-Verbindung besteht, während die Hauptkomponente der Anode ein Metall ist. Die heutige Lithium-Ionen-Batterie kann nur bis zu einem Elektron pro schwerem Gerüstatom der Elektrode speichern, dagegen können mit Hilfe der Fluorid-Ionen bis zu drei Ladungsträger gespeichert werden. An den Elektroden wird dann entweder ein Metallfluorid gebildet, oder es werden umgekehrt Fluorid-Ionen freigesetzt, so dass wieder das Metall entsteht. „Damit lassen sich theoretisch Energiedichten erreichen, die bis zu zehn Mal so hoch sind wie die der gegenwärtigen Lithium-Ionen-Batterien“, erklärt Fichtner. Das Prinzip funktioniert, im Detail wartet aber noch viel Entwicklungsarbeit auf die Forscher: Die Anfangskapazität des Batteriesystems, die Lebensdauer und die Zyklenstabilität müssen noch verbessert werden. Auch der Feststoff-Elektrolyt, der den Ladungstransport zwischen den Elektroden ermöglicht, erfüllt seine Funktion nur bei höherer Betriebstemperatur. „Wir arbeiten an der Entwicklung neuartiger Fest- und Flüssigelektrolyte, damit die Batterie auch bei Raumtemperatur eingesetzt werden kann“, sagt Fichtner.

KIT/Red.

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KIT

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01.09.2014