Lithium-Luft-Batterien funktionieren grundsätzlich wie herkömmliche Batterietypen, wobei die Reaktion von Lithium-Ionen mit Sauerstoff aus der Luft an der positiven Elektrode dazu dient, einen Stromfluss zu erzeugen. Der große Vorteil: Sie können pro Kilogramm fast so viel Energie speichern wie fossile Kraftstoffe. Bei vergleichbarer Speicherkapazität hätten sie daher nur einen Bruchteil des Gewichts aktueller Akkus und wären daher für den Einsatz in Elektroautos attraktiv, aber auch für stationäre Speicher. „Bis dahin sind allerdings noch eine Reihe technischer Probleme zu bewältigen“, weiß auch Professor Gunther Wittstock von der Uni Oldenburg. Eins davon ist, dass es bislang noch keine Elektrolytflüssigkeiten gibt, die sowohl an der positiven als auch an der negativen Elektrode chemisch stabil sind.
Elektroden aus Lithium sowie Sauerstoff aus der Luft
Solche elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten befinden sich in Batterien zwischen den beiden Elektroden. Bisher sind sie allerdings chemisch noch nicht stabil genug: Sogenannte Lithium-Luft-Batterien, auch Lithium-Sauerstoff-Batterien genannt, gelten als mögliche Stromspeicher der nächsten Generation. Das Projekt Amalis 2.0 erprobt nun ein neues Konzept, um die Lebensdauer der Batteriezellen zu erhöhen.
Bei Lithium-Luft-Batterien besteht eine Elektrode aus metallischem Lithium, die andere aus einer porösen Verbindung, an der Sauerstoff aus der Luft reduziert wird. Beim Entladen der Batterie bewegen sich positiv geladene Lithium-Ionen durch die Elektrolytflüssigkeit zur anderen Elektrode, wo sie sich mit Sauerstoff und Elektronen aus dem externen Stromkreis zu Lithiumoxid verbinden. Dabei fließt ein elektrischer Strom, der Energie für elektrische Geräte liefert. Beim Laden der Batterie trennen sich Lithium und Sauerstoff wieder, Ionen und Elektronen wandern in die umgekehrte Richtung.
Membran erhöht die Stabilität
Um die Stabilität der Lithium-Luft-Batterie zu erhöhen, setzt das Team auf eine trennende Membran zwischen der positiven und der negativen Elektrode. Auf diese Weise könnten unterschiedliche Elektrolyte auf beiden Seiten verwendet werden. Am Ende wollen die Forschenden mit einem Prototyp den Nachweis erbringen, dass sich grundsätzlich ein stabiles, wiederaufladbares Gesamtsystem realisieren lässt. Geplant ist der Bau einer Flachzelle mit einer Fläche von 25 Quadratzentimetern.
Das Projekt Amalis 2.0 wird vom Unternehmen Iolitec Ionic Liquids Technologies aus Heilbronn geleitet. Zudem sind auch das MEET Batterieforschungszentrum der Uni Münster und das Fraunhofer IFAM beteiligt. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt über drei Jahre mit insgesamt rund 1,1 Millionen Euro. (nhp)
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