Smartphone-Akkus 19.01.2019, 17:47 Uhr

Designprinzipien für sichere Batterien

In Flammen stehende Laptops oder Smartphones sind oft auf so genannte Dendriten in Batterien zurückzuführen. Diese astartigen Auswüchse an der negativen Elektrode (Anode) können Kurzschlüsse auslösen, die zum Batteriebrand führen.
Professor Axel Groß ist Leiter des Instituts für Theoretische Chemie an der Uni Ulm.
(Quelle: www.uni-ulm.de )
Warum die häufig in mobilen Endgeräten eingesetzten Lithium-Ionen-Speichersysteme zur Dendritenbildung neigen, magnesiumbasierte Batterien jedoch zum Beispiel nicht, haben Ulmer Forscher um Professor Axel Groß und Markus Jäckle untersucht. Anhand von Simulationen an Supercomputern konnten sie erstmals Metalleigenschaften identifizieren, die das Dendritenwachstum beeinflussen. Auf dieser Basis lassen sich Designempfehlungen formulieren, die bei der Entwicklung zuverlässiger neuer Speichersysteme helfen – nicht nur für Smartphones und Laptops, sondern auch im Hinblick auf globale Herausforderungen wie die Energiewende und die zunehmende Elektromobilität.
»Wir haben uns gefragt, ob es eine einfache physikalisch-chemische Materialeigenschaft, einen so genannten Deskriptor gibt, mit dessen Hilfe man vorhersagen kann, ob metallische Anoden in Batterien zum Dendritenwachstum neigen. Dabei sind wir davon ausgegangen, dass die Beschaffenheit der Anoden-Oberfläche, ob rau oder glatt, einen erheblichen Einfluss auf die Dendritenbildung hat«, sagt Professor Axel Groß, Leiter des Instituts für Theoretische Chemie an der Uni Ulm sowie Gruppenleiter am HIU. Ein solcher Deskriptor wäre hochrelevant, denn weltweit suchen Forschende nach zuverlässigen Nachfolgesystemen für Lithium-Ionen-Batterien. Alternativen zum immer seltener werdenden Lithium, das in Energiespeichern meist in Kombination mit dem ebenfalls kritischen Übergangsmetall Kobalt verwendet wird, reichen von Aluminium, Natrium und Magnesium bis zu Zink.
Aus dem Beitrag der Forschenden lässt sich zwar noch keine vollständige Theorie des Dendritenwachstums ableiten, wohl aber Designprinzipien für sichere Batterien.


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