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Mehr Energie für Akkus

Neuartiges Kathodenmaterial erhöht die Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus.

Die Fähigkeit, Energie zu speichern ist eine der Grundvoraussetzungen für technischen Fortschritt. Elektrofahrzeuge beispielsweise sind umso gefragter, je größer die Reichweite, je höher die Leistung und je kürzer die Zeiten zum wieder Aufladen sind. Gleichzeitig sollen die in den Fahrzeugen verwendeten elektrischen Energiespeicher wenig wiegen, kostengünstig und langlebig sein und sich viele Tausend Mal laden und wieder entladen lassen.

Heutzutage werden zur Speicherung elektrischer Energie häufig Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt. Beim Laden und Entladen eines solchen Akkus wandern Lithium-Ionen zwischen der negativen Elektrode (Anode) und der positiven Elektrode (Kathode) hin und her. Die Kathode besteht häufig aus kristallinen Lithium-Metalloxiden, wie beispielsweise dem Spinell, der kostengünstig ist und eine lange Lebensdauer hat. Für Anwendungen in Elektrofahrzeugen ist es jedoch von Vorteil, die Energiedichte, also die Energiespeicherkapazität pro Gewichtseinheit, weiter zu erhöhen.

KIT-Wissenschaftlern des Instituts für Angewandte Materialien (IAM) ist es gelungen, ein Kathodenmaterial herzustellen, das im Vergleich zu bisher kommerziell eingesetzten Materialien eine höhere Energiedichte aufweist. Ausgangsmaterial ist dabei ein sogenannter Hochvoltspinell, der neben Lithium, Mangan und Sauerstoff auch noch Nickel enthält. Die Dotierung dieses Hochvoltspinells mit Titan, Eisen und Fluor bewirkt eine zusätzliche Erhöhung der Energiedichte.

Das Kathodenmaterial erlaubt eine Entladung bis zu einem niedrigeren Spannungswert als herkömmliche Akkus. Das Material weist in diesem Fall eine höhere Zyklenstabilität im Vergleich zum undotierten Spinell auf, es lässt sich also öfter auf- und entladen, bevor die Leistungsfähigkeit des Akkus nachlässt.

Bei einem Elektrofahrzeug entspräche diese Fähigkeit zur Tiefentladung einem elektrischen Reservetank, der bei Bedarf angezapft werden könnte, um die Reichweite zu erhöhen. Ein weiterer Vorteil der Dotierung ist eine verbesserte Stabilität des Kathodenmaterials bei hohen Temperaturen.

Das KIT sucht Partner, die Interesse haben, die Technologie weiterzuentwickeln und anzuwenden.

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Stephan Barth, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Energie, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25536

E-Mail: stephan.barth@kit.edu

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