Neuer Stoff für Batterien

News: Neuer Stoff für Batterien

Ein von kanadischen Forschern vorgestelltes Material könnte dazu beitragen, wieder aufladbare Batterien mit einer größeren Lebensdauer herzustellen. Denn durch einen neuartigen Fertigungsprozess konnten die Wissenschaftler Lithium-Eisen-Nitrid schnell und kostengünstig herstellen, um es als Anodenmaterial zu verwenden. Dies verbessert die Ladekapazität und hat den Vorteil, dass man auf das teurere und leicht giftige Cobalt verzichten kann.

Oliver Busse

Wieder aufladbare Batterien sind mittlerweile unser ständiger Begleiter, da sie in nahezu allen mobilen elektronischen Geräten eingesetzt werden. Wurden sie anfangs eher aus ökologischen oder finanziellen Gründen von Walkman-Enthusiasten verwendet, kommt heute kein Mobiltelefon oder Laptop mehr ohne sie aus. Deshalb hat sich ihre Entwicklung zu einem Riesengeschäft entwickelt. Allein in den USA wird im Jahr 2003 der Umsatz mit diesen Akkus nach Schätzungen über zwei Milliarden Dollar betragen. Auch wenn man fieberhaft nach Alternativen forscht, werden uns diese Energiespender noch lange begleiten.

Die meisten wieder aufladbaren Batterien enthalten Lithium. Ihre Elektroden, an denen die Ladung abgegriffen und zu den Kontaktstellen nach außen geführt wird, bestehen hingegen aus einem anderen Material. Die positive Kathode wird häufig aus Lithium-Cobalt-Oxid gefertigt, die negative Anode aus Graphit oder einer anderen Kohlenstoffverbindung. Man könnte die Anode ebenfalls aus Cobalt herstellen und dadurch die Leistungen der Batterie verbessern und ihr zu einer größeren Lebensdauer verhelfen, allerdings ist Cobalt vergleichsweise teuer und leicht giftig.

Deshalb suchen die Entwickler nach anderen Stoffen, die sie als Elektroden verwenden können. Dabei ist die Ladekapazität eine entscheidende Größe. Eine starke Batterie nützt jedoch nichts, wenn sie zu schwer ist. Da Kohlenstoffanoden nur eine geringe Kapazität aufweisen und man Cobalt möglichst vermeiden will, sind Alternativen gefragt.

Linda Nazar und ihre Kollegen von der University of Waterloo in Kanada haben eine der vielen Möglichkeiten realisiert. Sie benutzen Lithium-Eisen-Nitrid als Anodenmaterial und erste Untersuchungen haben gezeigt, dass diese Verbindung den üblichen Anforderungen beim Be- und Entladen gut gewachsen ist. Außerdem ist die Kapazität mit Batterien aus herkömmlichen Materialien vergleichbar.

Dabei ist die Idee, Lithium-Eisen-Nitrid für die Anode zu verwenden, nicht neu. Allerdings bereitete die Fertigung bis jetzt Schwierigkeiten. Die kanadischen Forscher lösten die Probleme auf elegante Weise, indem sie Lithiumnitrid in Eisentiegeln schmolzen. Dadurch erhielten sie die für Elektroden benötigte komplexe Schichtstruktur, die Lithiumionen sowohl aufnehmen als auch abgeben kann, je nachdem, ob die Batterie be- oder entladen wird.

Letztendlich wollen die Entwickler auch das Cobalt in der Kathode durch ein anderes Material ersetzen. In einigen Lithiumbatterien wird Manganoxid verwendet. Dies hat allerdings den Nachteil, dass es sich nicht in Geräten nutzen lässt, die heiß werden, da es nicht stabil genug ist. Die Suche nach dem perfekten Elektrodenmaterial ist also noch lange nicht abgeschlossen.