Research to Business
Angebot: 587

Umweltfreundliche Stromspeicher

Am KIT entwickeltes Kathodenmaterial macht Akkus kostengünstiger und umweltverträglicher.

Die Kristallebenen sind als parallele Linien zu erkennen. In der rechten oberen Ecke ist ein für die Spinell-Struktur charakteristisches Elektronenbeugungsmuster gezeigt.
Akkus, beispielsweise für Elektrofahrzeuge, sollen möglichst klein und leicht sein. Gleichzeitig müssen sie zuverlässig hohe Stromstärken und Spannungen liefern. Einige der heutigen Stromspeicher gewährleisten zwar eine hohe Energiedichte, haben jedoch den Nachteil, dass die eingesetzten Materialien teuer oder nicht umweltverträglich sind.

Daher fahnden Forscher am Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT nach technologischen Alternativen, insbesondere für die Zusammensetzung und Herstellung von Elektroden. Heute besteht die negative Elektrode (Anode) häufig aus Graphit, während für die positive Elektrode (Kathode) verschiedene metallhaltige Materialien eingesetzt werden. Die im Kathodenmaterial enthaltenen Metalle sind durch Elektronenaufnahme (Reduktion) und -abgabe (Oxidation) für die Stromerzeugung verantwortlich. Besonders effiziente Akkus verwenden Metalle, die gleich in zwei Stufen reduziert und wieder oxidiert werden können und somit zwei Elektronen pro Reaktion liefern. Diese Elektronen fließen beim Entladen von der Anode zur Kathode. Zum Ladungsausgleich muss daher das Kathodenmaterial in der Lage sein, positive Lithium-Ionen einzulagern. Die Leistungsfähigkeit eines Akkus wird somit auch durch die Lithium-Einlagerungskapazität bestimmt.

Die am KIT untersuchten Kathodenmaterialien bestehen aus Lithium und einem Übergangsmetalloxid, wobei insbesondere Eisen, Mangan, Titan und Vanadium zum Einsatz kommen, da diese für Zweielektronenreaktionen geeignet sind. Im Vergleich zu den bisher oft eingesetzten Elementen Nickel und Kobalt sind diese Metalle weniger giftig und kostengünstiger.

Die neuentwickelten Kathodenmaterialien haben zudem die Fähigkeit, im Mittel mehr als ein Lithium-Ion pro Formeleinheit einzulagern. Die am KIT entwickelten Kathodenmaterialien zeichnen sich somit durch eine hohe Energiedichte aus. Die Materialien sind umweltverträglich, langlebig und lassen sich kostengünstig herstellen. Daher eignen sie sich für den Einsatz in größeren Akkus, wie sie beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder als stationäre Energiespeicher verwendet werden.

Das KIT sucht Partner zur Anwendung der Technologie in der Praxis.

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

Angebot der Merkliste hinzufügen