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Starke Polymere für stärkere Akkus

Ein effizient gefertigter Separator aus neuartigem Materialmix steigert Sicherheit und Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus.

Fotografische Darstellung der Flexibilität der HTSep-Membranen.
Lithium-Ionen-Akkumulatoren eignen sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte für den Einsatz in tragbaren Geräten, wie Smartphones oder Notebooks. Mittlerweile finden sie in weiteren Bereichen Anwendung, etwa als Energiespeicher in Elektroautos oder als stationäre Energiespeicher. Eigenschaften wie Ladezeit, Wirkungsgrad, Spannung und Lebensdauer des Akkus lassen sich durch die Verwendung ausgewählter Materialien modifizieren und anwendungsspezifisch anpassen.

Beim Laden und Entladen eines Akkus wandern in der elektrochemischen Zelle Lithium-Ionen durch den Elektrolyten zwischen den Elektroden. Die Elektroden sind wiederum durch einen Separator räumlich und elektrisch getrennt, der gleichzeitig aber für Ionen durchlässig ist. Häufig werden hierfür mikroporöse Polymer-Membranen eingesetzt. Werden die Zellen überladen oder hohen Temperaturen ausgesetzt, verformen sich jedoch die Polymer-Separatoren. Hierbei können ausgeprägte Formveränderungen zu einem direkten Kontakt der Elektroden und somit zu Kurzschlüssen oder sogar Bränden führen.

Am Helmholtz-Institut Ulm (HIU) des KIT haben Wissenschaftler eine neuartige Separator-Membran für Lithium-Ionen-Akkus aus wasserlöslichen Polymeren und anorganischen Partikeln entwickelt: HTSep – High Temperature stable Seperator for lithium-ion batteries. Zur Herstellung dieser Separatoren wird zunächst Guaran, ein aus der Guarbohne gewonnenes Polysaccharid, in Wasser gelöst und anschließend Siliziumdioxid hinzugegeben. Der entstandenen Suspension wird in mehreren Stufen mittels Hitze Wasser entzogen und in Mikrometer-dünne Membranen überführt, die sowohl mechanisch als auch thermisch stabiler als bisher eingesetzte Separatoren sind.

Selbst bei Überlastung und Temperaturen bis zu 180 Grad Celsius wird der Kontakt der Elektroden verhindert. Der Separator weist zudem gute Benetzungseigenschaften gegenüber flüssigen Elektrolyten auf. Insgesamt führt dies zu Lithium-Ionen-Zellen mit einer hohen Zyklenstabilität und verbesserter Lebensdauer.

Die verwendeten Materialien sind einfach und kostengünstig zu verarbeiten und zudem umweltverträglich. Das KIT sucht Industriepartner im Bereich Batterieherstellung zur Lizenzierung der Technologie.

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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