Wiederaufladbare Lithium-Metall-Batterien bald dank Ultraschall verfügbar

Forscher in San Diego haben ein Ultraschallgerät entwickelt, das, an Lithium-Metall-Batterien angebracht, deren Lebensdauer, Ladung und Kapazität erhöht

Die Entwicklung von Batterien ist ein sehr lebendiges Feld, dessen Bedeutung mit der Verleihung des Nobelpreises für Chemie 2019 gewürdigt wurde. Am weitesten verbreitet sind Lithium-Ionen-Batterien, die sich durch die hohe Zahl an Ladezyklen auszeichnen, die sie verkraften. Lithium-Metall-Batterien haben eine höhere Ladungsdichte, eignen sich aber nicht zum Wiederaufladen. Das Hindernis ist die Bildung von Metallansammlungen in der Elektrolytflüssigkeit, sogenannten Dendriten.

Eine Gruppe von Forschern unter der Leitung von James Friend entwickelte ein Gerät, das Ultraschall aussendet und die Batterien ergänzt. Die ausgesendeten Wellen erzeugen eine Bewegung in der Batterieflüssigkeit zwischen Anode und Kathode. Die ständige Bewegung des Elektrolyten verhindert die Bildung von Dendriten, den Agglomeraten aus Lithiummetall. Das Gerät ist fester Bestandteil der Batterie, kann aber auch in anderen Batterietypen eingesetzt werden, unabhängig vom Typ.

Abmessungen des Ultraschallgeräts rechts. Bildnachweis: ucsdnews.ucsd.edu

Die erzeugten Schallwellen haben eine sehr hohe Frequenz, zwischen 100 Millionen und 10 Milliarden Hertz. Diese Frequenzen werden in Smartphones genutzt, um das Funksignal zu filtern und die Qualität der Audioausgabe zu verbessern. Lithium-Metall-Batterien mit dem Gerät lassen sich bis zu 250-mal laden und entladen und Lithium-Ionen-Batterien bis zu mehr als 2000-mal. Auch die Ladezeiten verbessern sich, da die Batterien in 10 Minuten von null auf 100 % aufgeladen werden.

Die Studie wurde an der University of California in San Diego durchgeführt, und Einzelheiten wurden in der Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht. Das Gerät könnte den Weg für die Vermarktung von Lithium-Metall-Batterien als Alternative zu den heutigen ebnen. Der Hauptvorteil gegenüber Lithium-Ionen-Batterien ist die verdoppelte Leistung bei gleichem Gewicht. Am meisten interessiert sind sicherlich Elektroautos, bei denen die Gewichtsreduzierung das Haupthindernis für die Herstellung effektiver und leistungsstarker Fahrzeuge ist.