Nanoröhrchen verhindern zerstörerische Batteriebrände

Eine neuartige an der Jacobs School of Engineering entwickelte Lithium-Ionen-Batterie gibt bei einem Kurzschluss einfach den Geist auf – statt wie bisher in Flammen aufzugehen oder gar zu explodieren. [...]

Separator mit Schicht aus Nanoröhrchen.
Separator mit Schicht aus Nanoröhrchen. (c) David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering

Bei der neu entwickelten Methode werden die Elektronen, die von der einen zur anderen Elektrode zu fließen drohen, kurz vor dem Ernstfall über eine Art Bypass abgeleitet. So richtet die Batterie keinen weiteren Schaden an.

Drainage für Elektronen

„Wenn ein Staudamm zu brechen droht, lässt man Wasser ab, sodass kaum noch etwas übrig ist, wenn er tatsächlich einstürzt. Wir legen gewissermaßen eine Drainage für Elektronen, um die elektrische Ladung in ungefährliche Bahnen zu lenken“, sagt Matthew Gonzalez, Doktorand im Bereich Nanoengineering.

Das neue Design basiert auf einem speziellen Separator, der Anode und Kathode voneinander trennt. Er besteht aus dem üblichen Material, ist aber kathodenseitig mit einer dünnen Schicht aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen überzogen. Diese leiten Strom. Auf der Anode bilden sich Dendrite, wenn die Batterie geladen wird. Das sind nadelspitze Ablagerungen von Lithium. Sie wachsen immer weiter, bis sie zur Kathode vordringen und einen Kurzschluss erzeugen, der die gesamte Energie auf einen Schlag freisetzt. Dabei entstehen Brände oder Explosionen.

Effektives Frühwarnsystem

Die Dendrite treffen auf die Nanoröhrchen, ehe sie die Kathode erreichen, sodass die Elektronen abfließen können, die Batterie sich also langsam entlädt. Wenn es dann doch zum Kurzschluss kommt, ist nicht mehr genügend Energie vorhanden, um einen Brand oder eine Explosion auszulösen.

„Normale Lithium-Ionen-Batterien haben kein Frühwarnsystem, das vorab auf einen drohenden Kurzschluss aufmerksam macht. Es kann in jeder Sekunde passieren. Man kann es nicht vorhersagen“, so Gonzales. Mit dem neuen Separator sei das anders. Bei einem inneren Defekt, ausgelöst durch Dendrite, dauere der Ladevorgang immer länger. Jetzt will Gonzales den Separator zur Marktreife bringen, sodass er industriell einsetzbar ist.


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