Brandsichere Akkus: Forschung kommt voran

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Ein Durchbruch in der Sicherheit von Energiespeichern?

Batterien, vor allem in Elektrofahrzeugen, bergen trotz technologischer Fortschritte immer noch das Risiko von Bränden durch ein sogenanntes thermisches Durchgehen. Dieses gefährliche Phänomen tritt auf, wenn die Temperatur der Batterie plötzlich ansteigt und sie Feuer fängt. Besonders bei Elektrofahrzeugen, die große Akkupakete durch die Gegend fahren, ist dieses Risiko eine ernsthafte Gefahr.

Brandsichere Batterie von LG

Der koreanische Batteriehersteller LG Chem hat sich Gedanken gemacht, wie diese Gefahr vermindert werden kann. So wurde das Innenleben des Akkus angepasst. Es wurde eine besondere Art von Sicherheitsschicht entwickelt, die zwischen Plus- und Minuspol liegt und die das genannte thermische Durchgehen verhindern soll. Diese Entwicklung könnte in Zukunft Batteriebrände drastisch reduzieren und die Sicherheit von Elektrofahrzeugen erheblich verbessern.

Thermisches Durchgehen: Die größte Gefahr für Batterien

Das thermische Durchgehen ist eine der Hauptursachen für Batteriebrände, besonders bei Lithium-Ionen-Batterien. Es tritt auf, wenn die Anode und Kathode der Batterie durch einen Kurzschluss in Kontakt kommen, was zu einer schnellen Erhitzung der Batterie führt. Innerhalb von Sekunden kann die Temperatur auf 1.000 Grad Celsius ansteigen, was die Batterie in Brand setzen oder explodieren lassen kann.

Wie passiert thermisches Durchgehen?

Ein thermisches Durchgehen wird durch mechanische Beschädigungen oder chemische Instabilitäten in der Batterie ausgelöst. Der Kurzschluss entsteht, wenn der Separator, der normalerweise die Anode von der Kathode trennt, beschädigt wird. Dies führt zu einem unkontrollierten Stromfluss, der die Batterie extrem schnell überhitzt und sie in Brand setzen kann.

Eine neue Sicherheitsschicht

LG Chem hat in Zusammenarbeit mit der Pohang University of Battery Technology einen Safety Reinforced Layer (SRL) entwickelt, die das thermische Durchgehen verhindern soll. Diese Schicht ist nur einen Mikrometer dick und befindet sich zwischen der Kathode und dem Stromkollektor, der die Elektronen in der Batterie leitet.
Das Besondere an der Schicht ist ihre Temperaturabhängigkeit: Bei einem Temperaturanstieg verändert das Material seine Struktur und erzeugt einen hohen elektrischen Widerstand, der den Stromfluss unterbricht. Dies verhindert, dass die Batterie weiter erhitzt wird und schützt so vor einem Kurzschluss oder Brand.

Zusammensetzung der Sicherheitsschicht

Das Material der Schicht besteht aus einem speziellen Verbundmaterial, das seine molekulare Struktur bei Temperaturen über 130 Grad Celsius verändert. Sobald die Temperatur der Batterie diesen Punkt erreicht, blockiert die Schicht den Stromfluss, wodurch die Temperatur stabilisiert wird. Bemerkenswerterweise ist diese Funktion reversibel: Sobald die Temperatur wieder sinkt, kehrt das Material zu seinem ursprünglichen Zustand zurück und der Strom kann erneut fließen. Diese Funktion schützt die Batterie vor Schäden und verlängert ihre Lebensdauer.

Positive Testergebnisse

Bei Tests an Nickel-Kobalt-Mangan (NCM)- und Lithium-Kobaltoxid (LCO)-Batterien zeigte die Sicherheitsschicht beeindruckende Ergebnisse. 70 Prozent der NCM-Batterien mit der Schicht fingen kein Feuer. Bei den restlichen 30 Prozent erloschen die Flammen innerhalb weniger Sekunden. Bei den LCO-Batterien trat in keinem Fall ein Brand auf. Diese Testergebnisse zeigen das Potenzial dieser Technik, das thermische Durchgehen in verschiedenen Batterietypen effektiv zu verhindern.

Bedeutung für die Batterieindustrie

Diese Entwicklung könnte die Sicherheitsstandards in der Batterieindustrie revolutionieren, insbesondere für Elektrofahrzeuge. Hersteller wie Tesla, Volkswagen und Ford, die Batterien von LG Chem beziehen, könnten von dieser Technologie stark profitieren, da sie das Vertrauen der Verbraucher in die Sicherheit von Elektroautos erhöhen und gleichzeitig die Einhaltung von Sicherheitsvorschriften erleichtern könnte.

Herausforderungen und Ausblick

Trotz der positiven Testergebnisse bleiben Herausforderungen, insbesondere in Bezug auf die Produktionskosten und die Skalierbarkeit. Die Herstellung der Sicherheitsschicht ist komplex und teuer, was die Produktion im großen Maßstab erschwert. LG Chem plant jedoch, die Technologie weiter zu testen und hofft, sie zumindest mittelfristig in die Serienproduktion einfließen zu lassen.

Fazit: Ein großer Schritt in Richtung sicherere Batterien

Die Forschung zur Verbesserung der Batteriesicherheit macht stetige Fortschritte. Die von LG Chem entwickelte Technik könnte Batteriebrände in Zukunft effektiv verhindern. Wann diese Technologie den Massenmarkt erreicht, bleibt jedoch noch abzuwarten. Trotzdem ist klar: Diese Entwicklung könnte den Weg für sicherere und zuverlässigere Energiespeicher ebnen, insbesondere im Bereich der Elektromobilität.

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