Empa und ETH entwickeln Akkus aus Abfall

» Von Jens Stark , 12.10.2017 14:38.

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Batterie auf den Kopf gestellt

Ein Team rund um Kostiantyn Kravchyk soll das Problem nun mit einem Trick gelöst haben, der schon fast banal klingt. Die Wissenschaftler in der Forschungsgruppe von Maksym Kovalenko, die zugleich an der ETH Zürich und im Empa-Labor für Dünnfilme und Fotovoltaik beheimatet ist, stellten nämlich das Prinzip des Lithium-Ionen-Akkus auf den Kopf. Während im Lithium-Ionen-Akku die Anode (der Minuspol) aus Graphit besteht, wird bei Kovalenkos Batterie der Graphit als die Kathode (Pluspol) eingesetzt. In den Zwischenräumen lagern sich die dicken Anionen ein. Die Anode (der Minuspol) ist bei Kovalenkos Batterie dagegen aus Metall.

Eine bemerkenswerte Entdeckung machte Kravchyk auf der Suche nach dem «richtigen» Graphit: Er fand heraus, dass Abfall-Graphit, der bei der Stahlherstellung anfällt, so genannter «Kish-Graphit», sehr gut als Kathodenmaterial funktioniert. Auch natürlicher Graphit geht gut – wenn er in groben «Flakes» geliefert wird und nicht allzu fein vermahlen ist.

Der Grund: Die Graphitschichten liegen an den Bruchkanten offen, und die dicken Metall-Chlorid-Ionen können leichter in die Struktur hineinschlüpfen. Dagegen eignet sich der fein vermahlene Graphit, der üblicherweise in Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommt, für Kovalenkos Batterie kaum: Durch das Vermahlen der Graphitpartikel werden die Schichten geknickt wie in einer zerknüllten Papierkugel. In diesen geknüllten Graphit können nur kleine Lithium-Ionen eindringen, die dicken Anionen der neuen Batterie dagegen nicht.

Die Graphit-Kathoden-Batterie, gebaut aus Abfallstoffen der Stahlherstellung oder aus rohen, natürlichen Graphit-Flakes, hat also das Potenzial, wirklich preisgünstig zu sein. Langlebig ist sie auch – darauf weisen jedenfalls erste Experimente hin. Über mehrere Monate überstand ein Laborsystem tausende von Lade- und Entladezyklen. «Die Aluminiumchlorid-Graphit-Batterie könnte bei einem täglichen Einsatz in einem Haus jahrzehntelang halten», meint Kravchyk.

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