Lithium-Akkus heilen sich selbst

Berstende Mikrokapseln können kleine Risse füllen und Leitfähigkeit der Elektroden erhöhen - Schutz vor gefährlichen Explosionen möglich

Selbstheilender Akku
Selbstheilender Akku

Washington (USA) - Über 1000 Mal lassen sich heute Lithium-Ionen-Akkus wieder aufladen. Bei diesen Prozessen schwillt die Anode des Stromspeichers ein wenig an und schrumpft darauf wieder. Die dabei entstehenden Risse im Material könnten sich in Zukunft wieder selbst verschließen. Scott White von der University of Illinois entwickelte dazu winzige Mikrokapseln, die mit Metall-Legierungen gefüllt werden. Wie er auf der Jahrestagung der amerikanischen Gesellschaft der Wissenschaften (AAAS) in Washington berichtete, könnte mit dieser Methode die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus deutlich verlängert werden.

"Werden die Mikrokapseln durch einen äußeren Reiz wie Hitze oder eine mechanische Kraft zum Platzen gebracht, setzen sie ihren Inhalt frei", erklärt Scott. Um diese Idee in der Praxis zu testen, reicherte er das Graphit einer Akku-Anode mit winzigen Kunststoffkapseln an. Diese enthielten bei niedrigen Temperaturen schmelzende Metall-Legierungen aus Gallium, Indium und Zinn. Flossen diese Substanzen nach einem mechanische Stoß oder Heiztemperaturen von über 100 Grad aus den Mikrokapseln, konnten sie feine Risse in der Graphit-Anode verschließen und die elektrische Leitfähigkeit wieder erhöhen.

"Es wirkt sofort. Wir konnten die Leitfähigkeit binnen weniger Mikrosekunden komplett wieder herstellen", sagt White. Mit diesem Selbstheilungsprozess hofft der Forscher, die Lebensdauer von teuren Lithium-Ionen-Akkus deutlich steigern zu können. Durch die Beimischung der Mikrokapseln müsste nach seinen Aussagen auch die Ladekazität der Stromspeicher nicht geringer werden. Marktreif ist diese Technologie heute noch nicht, doch rechnet White mit großem Interesse bei den Akku-Herstellern und mit ersten Produkten in etwa fünf Jahren.

Da sich die Mikrokapseln sogar statt mit Metallen mit flüssigen Kunststoffen füllen lassen, denkt White auch an einen Schutzmechanismus bei defekten Akkus. Bevor diese in Brand geraten oder gar explodieren, könnten die flüssigen Kunststoffe durch ihre elektrisch isolierende Wirkung eine Art Not-Aus-Prozess in Gang setzen. Dabei wird der Stromspeicher zwar unweigerlich zerstört, doch gefährliche Brände könnten vermieden werden.