Nicht nur für Elektroautos, sondern auch für Stromspeicherung auf Haushalts- und Industrieebene werden in Zukunft massenhaft Akkus benötigt. Diese sind trotz zunehmender Massenproduktion immer noch teuer, und jeder Durchbruch könnte die Verbreitung von Elektro-Technologie erheblich beschleunigen. Einen Kandidaten dafür hat jetzt das Team um Jeff Dahn von der Dalhousie University, seit 2016 der Forschungspartner von Tesla, vorgestellt: eine spezielle Lithium-Metall-Zelle, die energiedichter und haltbarer sein könnte als mit dem bisherigen Lithium-Ionen-Prinzip.
Tesla-Chef Elon Musk ist bekannt dafür, dass er vermeintlichen Durchbrüchen bei Akkus skeptisch gegenübersteht – fast wöchentlich werden hier angeblich bahnbrechende Fortschritte vermeldet, von denen bislang aber noch keiner über das Prototypen-Stadium hinausgekommen ist. Dennoch sind bessere Akku-Techniken von größter Bedeutung für das Unternehmen, das in diesem Bereich seit einigen Jahren unter anderem die Forschungsgruppe von Dahn finanziert.
Große Hoffnungen ruhten bei anderen Unternehmen bislang insbesondere auf so genannten Feststoffakkus, bei denen statt eines flüssigen Elektrolyten ein fester verwendet wird. Dies würde zugleich den Einsatz von Lithium-Metall als Anodenmaterial ermöglichen, das eine höhere Energiedichte verspricht.
Laut Dahns Fachaufsatz ist es jedoch bislang nirgendwo gelungen, Feststoffbatterien zu entwickeln, bei denen so genannte Lithium-Dendriten – schädliche Ablagerungen des Metalls an den Elektroden – völlig vermieden werden. Zudem sei offen, ob und wie sich die neue Feststoff-Technik in bestehende Produktionsanlagen für Lithium-Ionen-Akkus integrieren ließen, in die mittlerweile Milliarden Dollar investiert worden seien.
Die Arbeit von Dahn könnte demgegenüber erhebliche Vorteile bieten: Seine Gruppe hat jetzt zusammen mit anderen Forschern offenbar eine Möglichkeit gefunden, eine Lithium-Metall-Chemie zu nutzen, dabei aber trotzdem bei einem flüssigen Elektrolyten zu bleiben.
Konkret geht es laut der Studie um „anodenfreie Lithium-Metall-Zellen im Pouch-Format mit LiDFOB/LiBF4-Flüssigelektrolyt mit zwei Salzen“. Nach 90 Lade-Entladezyklen habe diese Zelle in Tests noch 80 Prozent ihrer Kapazität aufgewiesen, was der bisherige Rekord für Zellen mit null Lithium-Überschuss sei. Nach 50 Zyklen hätten sich zudem noch keine Lithium-Dendriten gebildet. Wenn sich auch mit liquiden Elektrolyten sichere und langlebige Lithium-Metall-Zellen realisieren ließen, so schreiben die Forscher, „lassen sich bestehenden Produktionsanlagen nutzen, um rasch Zellen mit hoher Energiedichte zu kommerzialisieren“.