Indium-Lithium-Elektroden revolutionieren Akkus

Mit Indium beschichtete Lithium-Elektroden könnten leistungsfähigere und langlebigere Akkus ermöglichen. Die Beschichtungen verhindern unerwünschte Nebenreaktionen der Elektrode mit dem Elektrolyten, sorgen für eine gleichmäßigere Abscheidung von Lithium während der Aufladung und erhöhen die Einlagerung in der Lithiumanode durch Legierungsreaktionen zwischen Lithium und Indium, wie Forscher des Rensselaer Polytechnic Institute und der Cornell University ermittelt haben. [...]

Metallische Anoden haben deutlich höhere Speicherkapazität. © Wiley-VCH
Metallische Anoden haben deutlich höhere Speicherkapazität. © Wiley-VCH

Erfolgsgeheimnis ist die gute Diffusion von Lithiumionen entlang der Grenzschicht. Mithilfe einer einfachen stromlosen Ionenaustausch-Chemie erzeugen die Wissenschaftler des Rensselaer Polytechnic Institute mit Kollegen der Cornell University Indium-Beschichtungen auf Lithium. Eintauchen in die Lösung eines speziellen Indium-Salzes genügt. Ein Teil des Indiums scheidet sich dann als Metall an der Oberfläche der Lithium-Elektrode ab und die Konzentration der Lithium-Ionen im Elektrolyten steigt entsprechend an.
Deutlich längere Haltbarkeit
Die Indiumschicht ist gleichmäßig und im Betrieb selbstheilend, wenn geringe Mengen des Indiumsalzes dem Elektrolyten beigegeben werden. Während der Lade-Entlade-Zyklen bleibt sie intakt, ihre chemische Zusammensetzung bleibt unverändert und Nebenreaktionen werden vermieden. Auch Dendriten tauchen nicht mehr auf, die Oberfläche bleibt glatt und kompakt.
Modellrechnungen bestätigen den Erfolg der neuen Methode. Lithiumionen sind nur sehr locker an die Indiumbeschichtung gebunden. Sie bilden eine Legierung mit dem Indium, dadurch können sie sich sehr rasch entlang der Schicht bewegen, bevor sie diese durchqueren und sich auf der darunterliegenden Lithiumelektrode abscheiden. In kompletten Zellen, mit kommerziellen Kathoden, arbeiteten die neuartigen Indium-Lithium-Hybridelektroden über mehr als 250 Zyklen stabil bei einem etwa 90-prozentigen Erhalt der Kapazität.


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