AMaLiS: Neue Materialien für Li-Luft

Die derzeit in der Forschung eingesetzten Materialien für Lithium-Sauerstoff-Batterien sind nicht ausreichend stabil. Die Folge: Die Batterie kann nur wenige Lade-Entlade-Zyklen durchlaufen, bevor sie unbrauchbar wird. Die Gründe sind vielfältig. Es bilden sich hochreaktive Sauerstoff-Verbindungen (Superoxide, Peroxide), die mit dem Kohlenstoff und Binder der Gasdiffusionselektrode reagieren und diese schnell zerstören. Auch den Elektrolyten und die Lithium-Anode greifen sie an.

Im Verbundprojekt AMaLiS gehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler davon aus, dass ein sogenanntes aprotisches Lithium-Sauerstoff-System die Lösung für diese Probleme sein kann. Deshalb versuchen sie, Komponenten dafür zu entwickeln und zu einer zyklenstabilen und effizienten Zelle zusammenzusetzen. Mit einem Prototypen sollen sie den Nachweis erbringen, dass sich grundsätzlich ein stabiles, wiederaufladbares Gesamtsystem realisieren lässt.

„Aprotisch“ bezeichnet Lösemittel, in denen alle Wasserstoff-Atome fest die Kohlenstoff-Gerüst gebunden sind und dementsprechend nicht oder nur sehr schwer als positiv geladene Wasserstoff-Ionen, sogenannte Protonen, abgespalten werden können. In AMaLiS setzt man daher auf Elektrolyte auf der Basis von ionischen Flüssigkeiten. Ionische Flüssigkeiten sind Salze, in denen sich die elektrisch geladenen Bestandteile (Ionen) gegenseitig so wenig anziehen, dass diese Flüssigkeiten auch noch bei weniger als 100 °C kein festes Gitter aufbauen können und flüssig bleiben.

Um die hochporöse Kathode zu stabilisieren, setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf nanostrukturiertes Titancarbid anstelle von Kohlenstoff. Die Lithium-Anode soll mit einer nativen oder künstlichen Schicht vor der Zersetzung geschützt werden.

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