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Viel Kraft für Einiges


Bald bessere Batterien aus Marburg

21.06.2013 (fjh)
Ersatz für Graphitelektroden in Batterien haben Chemiker aus Marburg gefunden. Das berichtete die Philipps-Universität am Freitag (21. Juni).
Energiespeichern werde dadurch leicht gemacht. Die Ladekapazität von Lithium-Ionen-Akkumulatoren lässt sich erhöhen, wenn man deren Minuspol aus neuartigen Materialien fertigt.
Das hat das Forscherteam unter Marburger Leitung herausgefunden. Die Chemiker Prof. Dr. Stefanie Dehnen, Thomas Kaib und Dr. Sima Haddadpour von der Philipps-Universität testeten zwei salzartige Lithiumverbindungen als Elektroden anstelle des sonst üblichen Graphits. Die Wissenschaftler berichten in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Advanced Functional Materials“, welche Eigenschaften das ungewöhnliche Elektrodenmaterial aufweist.
Die Umstellung der Stromversorgung auf regenerative Energiequellen ist seit geraumer Zeit Anlass zu politischen Diskussionen. Wind und Sonne sind jedoch nicht immer und überall in gleichbleibendem Umfang verfügbar. Umso wichtiger ist es, die erzeugte Energie speichern zu können etwa mit Hilfe von Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Wie lange solche Akkus Strom liefern, hängt davon ab, wieviel Ladung ihre Anode - der Minuspol - aufnehmen kann.
"Die Forschung hat bereits zahlreiche Materialien untersucht, die zur Herstellung von Anoden in Frage kommen, mit denen sich die Eigenschaften von Lithium-Batterien verbessern lassen“, erläuterte Dehnen, die die Untersuchungen leitete. "Aber keiner dieser Stoffe konnte für die Anoden-Herstellung bei kommerziell erhältlichen Batterien den derzeit standardmäßig eingesetzten Graphit ersetzen.“
Das liegt unter anderem an einer unerwünschten Ausdehnung und Schrumpfung, der die Elektroden andauernd ausgesetzt wären, was zur Zersetzung des Materials führen kann. Weitere Nachteile sind eine schlechtere Aufnahmekapazität für Lithium-Ionen sowie ungenügende Stabilität bei wiederkehrenden Lade- und Entladeprozessen.
Das Monopol des elementaren Kohlenstoffs könnte in Zukunft dennoch fallen: Dem Wissenschaftlerteam ist es gelungen, zwei salzartige Lithiumverbindungen zu synthetisieren, die sich als Anodenmaterial eignen. Die Wissenschaftler klärten die Kristallstruktur der Verbindungen auf und ermittelten ihre elektrochemischen Eigenschaften.
Insbesondere interessierten sie sch für die Aufnahmekapazität für Lithium-Ionen und das Verhalten bei wiederkehrender Ladung und Entladung. Das Resultat der Messungen war erstaunlich.
Die Beladungskapazität dieser Lithiumsalze ist höher als die von Graphit. Außerdem erwiesen sie sich als vergleichsweise stabil im zyklischen Lade- und Entladeprozess.
"Alles in allem zeigen unsere Ergebnisse, dass beide Verbindungen das Zeug dazu haben, sich als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Akkumulatoren zu bewähren“, sagte Dehnen. Neben ihrer Marburger Arbeitsgruppe haben sich an den Forschungsarbeiten Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung in Würzburg, des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik in Freiburg und des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie in Pfinztal sowie des Karlsruher Instituts für Technologie beteiligt.
Dehnen lehrt Anorganische Chemie an der Philipps-Universität, wo sie außerdem als designierte geschäftsführende Direktorin des "Wissenschaftlichen Zentrums für Materialwissenschaften“ sowie als Vizesprecherin des Graduiertenkollegs "Funktionalisierung von Halbleitern" der Deutschen Forschungsgemeinschaft (GRK 1782) amtiert. Auch in der breitenwirksamen Vermittlung ihrer Forschung ist die Hochschullehrerin aktiv: Dehnen ist die Direktorin des Mitmachlabors „Chemikum Marburg“.
pm: Philipps-Universität Marburg
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