Forschung der Universität Tokio 23.05.2019, 13:33 Uhr

Selbstreparierende Batterien – wichtiger Entwicklungsschritt gelungen

Forscher an der Universität Tokio haben ein Material entwickelt, welches selbstreparierende Batterien ermöglicht. Diese Forschung soll nicht nur die Lebensdauer, sondern auch die Ladekapazität der Batterien deutlich verbessern.

Foto: panthermedia.net/sdecoret

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Ob in Smartphones, Autos oder Herzschrittmachern: Batterien nehmen eine wichtige Rolle ein. Aktuell werden vornehmlich Lithium-Ionen-Batterien genutzt. Lithium ist allerdings ein begrenzt verfügbarer Rohstoff und birgt Sicherheitsrisiken, die mit der Verwendung brennbarer flüssiger Bestandteile in der Batterie verbunden sind. Natrium-Batterien sollen eine passende Alternative sein. Aktuell speichern diese noch zu wenig Energie und verlieren im Laufe der Zeit an Leistung. Japanische Forscher wollen schon länger Natrium als Alternative zu Lithium aufbauen, wie wir hier berichten. Forschern der Universität Tokio ist es nun gelungen, selbstreparierende Batterien zu entwickeln und somit ganz neue Möglichkeiten zu schaffen.

Batterieforschung an der Universität

An der Universität Tokio forschen Ingenieure in verschiedenen Teams bereits seit vielen Jahren an den unterschiedlichsten Aspekten der Batterietechnologie. Dem Team rund um Professor Atsuo Yamada ist nun ein Durchbruch gelungen. Sie haben ein Material entwickelt, welches sowohl die potentielle Kapazität der Batterien deutlich vergrößern als auch die Lebensdauer der Batterien nachhaltig verlängen kann. So entstehen selbstreparierende Batterien. Das Ziel: Deutlich weniger Batterien müssen in Zukunft entsorgt werden.

So ist eine moderne Batterie aufgebaut

Der Verlust der Ladekapazität bei modernen Batterien ist in deren Aufbau begründet. Wer in eine der modernen Batterien schaut, sieht in der Regel viele Schichten aus metallischen Materialien. Diese werden sowohl beim Laden als auch beim Entladen der Batterien starken Belastungen ausgesetzt. Es kommt zu sogenannten Stapelfehlern, bei denen die Schichten aus dem metallischen Material abplatzen oder Risse entstehen. Begründet werden diese Stapelfehler aus einer physikalischen Besonderheit. Denn die Materialschichten werden durch die sogenannte Van der Waals-Kraft zusammengehalten, welche allerdings eine sehr schwache Kraft darstellt. Werden die Materialien beim Laden und Entladen dementsprechend belastet, wird diese Kraft durch die Belastung überwunden und es kommt somit zu Verformungen, zu Rissen und somit zu den oben genannten Stapelfehlern. Häufen sich diese Stapelfehler, kann die Batterie nicht mehr so viel Energie speichern und abgeben und sie verliert somit an Leistung. Es kommt zum oben beschriebenen Leistungsverlust und zur weiter abnehmenden Leistungsfähigkeit der eingesetzten Batterie.

Selbstreparierende Batterien: So funktioniert das neue Prinzip der Forscher

Die Forscher der Universität Tokio rund um Professor Atsuo Yamada haben ein neues Material entwickelt und dieses in Modellversuchen in Batterien verbaut, welches deutliche Vorteile bietet. Das Material wird aus Sauerstoff-Redox-Schichtoxid hergestellt und ist unter der wissenschaftlichen Bezeichnung (Na2RuO3) bekannt. Durch das neue Material können direkt 2 verschiedene Vorteile erreicht werden. Das Material hält auch bei der Be- und Entladung deutlich besser zusammen, da die Van der Waals-Kraft durch die viel stärkere Kraft namens „coulumbic attraktion“ ersetzt wird, welche von den auftretenden Kräften nicht so schnell überwunden werden kann. Das bedeutet, dass der Abbau des Materials und somit der Leistungsfähigkeit durch die Lade- und Entladezyklen deutlich minimiert wird. Der 2. Vorteil: Es handelt sich um selbstreparierende Batterien, da das verwendete Material die Erosion und die damit einhergehenden Stapelfehler von selbst wieder rückgängig macht. Die Schichten reparieren sich somit selbst, was die Lebensdauer der Batterien nachhaltig erhöht. Zudem erlauben die neuen Materialien die Entwicklung von Batterielösungen mit deutlich größerer Speicherkapazität, was den praktischen Einsatz dieser Batterien nochmals attraktiver macht.

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