Holzelektrolyt für Batterien der nächsten Generation bietet rekordverdächtige Leitfähigkeit

Moderne Lithiumbatterien verwenden in der Regel einen flüssigen Elektrolyten, um Ionen zwischen den beiden Elektroden zu übertragen, aber Wissenschaftler, die sich mit festen Alternativen beschäftigen, haben einige interessante Möglichkeiten entdeckt. Zu ihnen gehören die Autoren einer neuen Studie, die aus Holz gewonnene Zellulose als Grundlage für einen solchen Festelektrolyten verwendet haben. Es hat die Dicke von Papier und kann sich als Reaktion auf die Batteriezyklen biegen und lösen.

Was ist der Nachteil moderner Batterien

Einer der Nachteile der in modernen Lithiumbatterien verwendeten Elektrolyte ist, dass sie flüchtige Flüssigkeiten enthalten, die im Falle eines Kurzschlusses ein Brandrisiko darstellen. Feste Elektrolyte hingegen können aus nicht entflammbaren Materialien hergestellt werden, machen das Gerät weniger anfällig für Dendritenbildung und können völlig neue Möglichkeiten für die Batteriearchitektur eröffnen.

Viele der bisher entwickelten Festelektrolyte wurden aus keramischen Materialien hergestellt, die zwar sehr effizient Ionen leiten, aber aufgrund ihrer Sprödigkeit beim Laden und Entladen nicht sehr gut tragen. Forscher der Brown University und der University of Maryland suchten nach einer Alternative und verwendeten als Ausgangspunkt Zellulose-Nanofibrillen, die in Holz vorkommen.

Was die Wissenschaftler vorschlagen

Diese polymeren Holzröhren wurden mit Kupfer verbunden, um einen festen Ionenleiter zu schaffen, der eine keramikähnliche Leitfähigkeit aufweist und 10-100 Mal besser ist als andere polymere Ionenleiter. Dem Team zufolge ist dies darauf zurückzuführen, dass durch die Zugabe von Kupfer Raum zwischen den Zellulosepolymerketten geschaffen wird, so dass "Ionen-Superhighways" entstehen, die es den Lithiumionen ermöglichen, sich mit rekordverdächtiger Effizienz zu bewegen.

Und weil das Material dünn und flexibel ist, glauben die Wissenschaftler, dass es den Belastungen des Batteriewechsels besser standhalten wird. Sie behaupten auch, dass es eine elektrochemische Stabilität aufweist, die Lithium-Metall-Anoden und Hochspannungskathoden ermöglicht, oder als Bindematerial dienen könnte, das ultradicke Kathoden in Batterien mit hoher Dichte umschließt.

Quelle: brown.edu, nature, newatlas

Abbildung: Danilo Alvesd