Roter Phosphor schützt vor Akku-Explosion

Forscher der Rice University haben ein Frühwarnsystem vorgestellt, das Alarm schlägt, wenn beim Laden von Lithium-Metall-Batterien ein Kurzschluss mit fatalen Folgen droht. [...]

Roter Phosphor bei Batterien schützt vor Explosion
Roter Phosphor bei Batterien schützt vor Explosion (c) Dreamer21 / Pixabay

„Better red than bread“ überschreiben die Forscher der Rice University ihren Beitrag – lieber rot als Angst. Damit beziehen sie sich auf das Herzstück des Warnsystems. Es handelt sich um eine Folie aus rotem Phosphor, mit der der Elektrolyt beschichtet wird. Wahlweise kann noch eine zusätzliche Elektrolytfolie eingezogen werden, die die Trennung zwischen Anode aus metallischem Lithium und Kathode sicherstellt.

Dendrite aus Lithium-Metall

Lithium-Metall-Akkus haben eine Unart: Mit der Zeit bilden sich Dendrite aus Lithium-Metall. Das sind nadelspitze Auswüchse, die den Elektrolyten durchdringen und einen verheerenden Kurzschluss auslösen können. Bei Batterien mit Phosphor-Zwischenschicht durchbohren die Dendrite diese als erstes.

Sobald die rote Schicht angekratzt ist, ändern sich die Ladestromparameter, ein sicheres Zeichen dafür, dass Gefahr droht. Das automatische Batterie-Management-System beendet daraufhin den Ladevorgang. Die Zwischenlage aus rotem Phosphor hat keinen Einfluss auf die Eigenschaften der Batterie, haben die Forscher in Experimenten herausgefunden.

Zusätzliche Sicherheit schaffen

Die Forscher um den Chemiker James Mitchell Tour haben eine transparente Lithium-Metall-Zelle gebaut. Auf diese Weise konnten sie das Wachstum der Dendrite beobachten und einen präzisen Zusammenhang zwischen dem Ladestromparameter und dem Ankratzen der Phosphorschicht herstellen.

„Wenn solche Batterien einmal in Milliardenstückzahlen gebaut werden, kann niemand dafür garantieren, dass alle fehlerlos sind“, sagt Tour. Es müssten nur ein paar davon explodieren, um den Menschen das Vertrauen in diesen Stromspeicher zu nehmen. „Unsere Entwicklung bedeutet zusätzliche Sicherheit“, erklärt Tour und fügt hinzu, dass es herstellungstechnisch kein Problem sei, die zusätzliche Phosphorfolie einzubringen.

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