Glas als Elektrolyt Neue Super-Akkus brennen nicht

John B. Goodenough ist der Miterfinder des Lithium-Ionen-Akkus, wie er heute in den meisten Smartphones verwendet wird. Doch Lithium hat seine Nachteile: Es ist eine knappe Ressource, leicht entzündlich und seine Ladekapazitäten stimmen nicht mit den Nutzer-Ansprüchen überein. Der 94-jährige Goodenough will deshalb die „Rezeptur“ der Batterien von Grund auf verändern.

Seine Neuheit: Der Ionenleiter soll nicht mehr aus flüssigen, organischen Lösungsmitteln bestehen, denn diese sind leicht brennbar. Das Lithium in der Anode bildet bei hohen Ladeströmen kristallartige Ablagerungen, sogenannte Dendriten. Wenn diese durch den Elektrolyt zur Kathode „schwimmen“, können sie einen Kurzschluss verursachen. Bei einem festen Elektrolyten kann das nicht passieren. Als Material dafür hat Goodenough Glas angedacht.

Sparsames Herz aus Glas

Die Forschungsarbeiten seines Teams stellte Goodenough dem Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) vor, einem internationalen Berufsverband von Ingenieuren und Informatikern.

„Kosten, Sicherheit, Energiedichte und Lebenszyklus sind entscheidend für eine höhere Verbreitung batteriegetriebener Fahrzeuge“, sagte Goodenough dem Berufsverband. „Wir glauben, dass unsere Entdeckungen viele Probleme heutiger Akkus lösen.“

So sollen die Glas-Akkus länger haltbar sein, eine drei mal höhere Energiedichte aufweisen als die heutigen Li-Ionen-Akkus und schneller geladen werden können. Das Team verspricht Ladezeiten von Minuten anstatt von Stunden. Außerdem sollen sie nicht brennbar sein, was einen wichtigen Sicherheitsaspekt erfüllt. Zudem soll Glas auch bei niedrigen Temperaturen von bis zu -20 °C seine Leitfähigkeit nicht verlieren.

Glas oder Natrium - oder beides?

Für Elektroautos wäre das ein großer Vorsprung für die Reichweite. Doch Glas ist auch ein schweres Material, sodass die Akkus nicht zu groß sein dürfen, um sie auch in kleine Geräte einzubauen. So gilt es noch zu berechnen, ob die höhere Energiedichte die Größe und das Gewicht kompensieren können.

Um in der Zukunft Lithium als Hauptkomponente ausschließen zu können, hat das Forscherteam bereits Natrium mit patentieren lassen. Aus dem Patent geht hervor, dass ein getrockneter, wasserlöslicher amorpher Feststoff, also Glas, die Natrium-Ionen, beziehungsweise vorerst noch die Lithium-Ionen, leiten soll. Jedoch zeigen Forschungen des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik, die bereits an natriumbasierten Akkus arbeiten, dass Natrium in geschmolzener Form eine Betriebstemperatur von 300 °C benötigt. Eine Besonderheit hat das Forschungsteam entdeckt: Natrium-Ionen verhalten sich im Elektrolyt nicht genauso wie Lithium-Ionen.

Wann kommen denn nun die ersten Glas-Akkus?

Die Universität von Texas gab bekannt, dass die Forschungsarbeiten noch in den Kinderschuhen stecken. Derzeit arbeiten die Forscher noch an weiteren Patentkonzepten und hoffen darauf, im Anschluss ihre Materialien mit Herstellern in Geräten und Elektroautos testen zu können. Eine Marktreife ist noch nicht abzusehen. Die Glas-Akkus erreichen noch nicht die Spannung von herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus.