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HANNOVER MESSE 2018, 23. - 27. April
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Sicher vor Kurzschlüssen

Mehrlagiger Separator macht Akkus sicherer und langlebiger.

Karlsruher Institut für Technologie

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Produktbeschreibung

Akkus liefern den Strom für mobile Elektrogeräte wie beispielsweise Smartphones und Laptop-Computer. Auch Elektrofahrzeuge sind auf Akkus als leistungsfähige elektrische Energiespeicher angewiesen. Alle Akkus sollen sich sicher und zuverlässig viele Male laden und wieder entladen lassen. Eine große Herausforderung besteht darin, die Lebensdauer zu erhöhen und Brände durch einen Kurzschluss zu verhindern.

Bildet sich in einem Lithium-Ionen-Akku während des Ladens metallisches Lithium, so können daraus nadelförmige Ablagerungen, sogenannte Dendriten, entstehen. Werden diese Dendriten so lang, dass sie eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden herstellen, kommt es zum Kurzschluss. Gegenwärtig umgehen Her-steller das Problem, indem sie für die negative Elektrode (Anode) Graphit verwenden. Nachteile der Graphitelektroden gegenüber Lithium-Metall sind ein aufwändiges Herstellungsverfahren sowie eine geringere spezifische Energiedichte.

KIT-Wissenschaftler des Instituts für Angewandte Materialien (IAM) haben eine Technik entwickelt, mit der sich das Dendritenwachstum reduzieren lässt. Die Forscher verwenden dazu einen speziellen, mehrlagigen Separator. Ein Separator dient als Abstandshalter und Isolator zwischen den Elektroden und ist porös, um von einem Elektrolyten durchtränkt zu werden. Der am KIT entwickelte Separator besteht aus einer feinporigen Lage an der Kathodenseite und einer grobporigen Schicht an der Anodenseite. Die groben Strukturen bieten ausreichend Platz für eine kontrollierte Metallabscheidung und vermindern ein Dendritenwachstum durch die feinporige Schicht in Richtung Kathode.

Der Separator kann auch zwischen zwei Kathoden sitzen und dann gleichzeitig als Anode dienen. Die Separator-Anode besteht aus feinporigen Schichten an den Außenseiten und einem grobporigen Gewebe aus Kunststoff- und Metallfäden im Mittelteil. Ein solcher Akku ist kompakt aufgebaut und zeichnet sich durch eine hohe Energiedichte aus.

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