Lithium-Luft-Batterie: Kapazitätsgeheimnis gelüftet

Den in «Nature Chemistry» publizierten Ergebnissen zufolge weisen leichte Sauerstoff- statt schwerer metallischer Ionenstrukturen in Lithium-Luft-Batterien im Gegensatz zu den mittlerweile weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien eine potenziell vervielfachte Energiespeicherkapazität auf. Die «luftige Super-Batterie» kommt zudem ohne teure und begrenzt verfügbare Übergangsmetalle wie Kobalt, Nickel oder Mangan aus.

«Wir haben den Entlademechanismus der Lithium-Luft-Batterie untersucht und gezeigt, welche Faktoren für die effektive Kapazität der Batterie verantwortlich sind», fasst Stefan Freunberger vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz zusammen. Inwieweit Lithium-Luft-Batterien leistungsfähiger sind, hängt vom verwendeten Elektrolyten ab, denn die potenziell erreichbare Kapazität ist nicht fest bestimmt, sondern variabel.

Sulfoxide oder Imidazol nützlich

Den österreichischen Forschern nach ist der Sauerstoff in der entladenen Lithium-Luft-Batterie idealerweise in Form von Peroxid vorhanden, also in fester, unlöslicher Form. Die Zwischenstufe dorthin ist sogenanntes Superoxid. Je löslicher die Zwischenstufe während des Entlademechanismus ist, desto besser wirkt sich das letztendlich auf die Kapazität der Batterie aus. Die sogenannte Donorzahl des Elektrolyten ist in der Folge massgeblich für die Kapazität.

«Diese Zahl beschreibt die Bindungsstärke zwischen dem Lösungsmittel und den Kationen eines darin gelösten Salzes und bestimmt die Löslichkeit der Zwischenstufe», verdeutlicht Freunberger. Ein Elektrolyt mit hoher Donorzahl sei der Schlüssel zur gesteigerten Kapazität der Lithium-Luft-Batterie. «Hohe Donorzahlen haben beispielsweise Sulfoxide oder Imidazol. Letzteres ist eine Stickstoffverbindung, die wir als Modellsubstanz verwendet haben.»

bg (Quelle: pte)

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