Technologie

Halbleiter-Technologie verringert Brandrisiko bei E-Autos

E-Autos geraten leicht in Brand. Südkoreanische Forscher haben jetzt eine wichtige Entdeckung gemacht.
26.06.2021 09:33
Lesezeit: 1 min

Trotz der rasanten Entwicklung von Elektrofahrzeugen (EVs) bleibt die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) ein Problem, da sie ein Brand- und Explosionsrisiko darstellen. Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, haben koreanische Forscher die Halbleitertechnologie genutzt. Das berichtet die Fachpublikation "ACS Energy".

Dem Forscherteam ist es gelungen, durch die Bildung von schützenden halbleitenden Schichten auf der Oberfläche von Li-Elektroden das Wachstum von sogenannten Dendriten zu verhindern. Das sind Kristallen mit mehreren Verzweigungen, die Brände von EV-Batterien verursachen.

Wenn Li-Ionen-Batterien geladen werden, werden Li-Ionen zur Anode (der negativen Elektrode) transportiert und lagern sich als Li-Metall an der Oberfläche ab; an dieser Stelle bilden sich baumartige Dendriten. Diese Li-Dendriten sind für die unkontrollierbaren Volumenschwankungen verantwortlich und führen zu Reaktionen zwischen der festen Elektrode und dem flüssigen Elektrolyten, die einen Brand verursachen. Es überrascht nicht, dass dies die Leistung der Batterie stark beeinträchtigt.

Um die Bildung von Dendriten zu verhindern, setzte das Forscherteam Fulleren (C60) - ein hoch elektronisch leitfähiges Halbleitermaterial - einem Plasma aus, was zur Bildung von halbleitenden Passivierungskohlenstoffschichten zwischen der Li-Elektrode und dem Elektrolyten führte. Die halbleitenden kohlenstoffhaltigen Passivierungsschichten lassen Li-Ionen durch, während sie Elektronen aufgrund der Erzeugung einer Schottky-Barriere blockieren. Indem sie die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Ionen auf der Elektrodenoberfläche und im Inneren verhindern, stoppen sie die Bildung von Li-Kristallen und das daraus resultierende Wachstum von Dendriten.

Die Stabilität der Elektroden mit den halbleitenden Passivierungs-Kohlenstoffschichten wurde mit Li/Li-symmetrischen Zellen in extremen elektrochemischen Umgebungen getestet, in denen typische Li-Elektroden bis zu 20 Lade-/Entladezyklen stabil bleiben. Die neu entwickelten Elektroden zeigten eine deutlich verbesserte Stabilität, wobei das Li-Dendritenwachstum für bis zu 1.200 Zyklen unterdrückt wurde. Darüber hinaus wurden bei Verwendung einer Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2)-Kathode zusätzlich zu der entwickelten Elektrode nach 500 Zyklen etwa 81 Prozent der ursprünglichen Batteriekapazität beibehalten, was eine Verbesserung von etwa 60 Prozent gegenüber herkömmlichen Li-Elektroden darstellt.

Der leitende Forscher Joong Kee Lee sagte: „Die effektive Unterdrückung des Dendritenwachstums auf Li-Elektroden ist entscheidend für die Verbesserung der Batteriesicherheit. Die in dieser Studie entwickelte Technologie zur Entwicklung von hochsicheren Li-Metall-Elektroden liefert eine Blaupause für die Entwicklung von Batterien der nächsten Generation, die kein Brandrisiko darstellen." Wie Lee erklärte, sei das nächste Ziel seines Teams die Verbesserung der kommerziellen Realisierbarkeit dieser Technologie: „Wir wollen die Herstellung der halbleitenden Kohlenstoffschichten kostengünstiger machen, indem wir Fulleren durch weniger teure Materialien ersetzen."

Mehr zum Thema
Bleiben Sie über das Thema dieses Artikels auf dem Laufenden Klicken Sie auf [+], um eine E-Mail zu erhalten, sobald wir einen neuen Artikel mit diesem Tag veröffentlichen
DWN
Finanzen
Finanzen Inflation im Euroraum zieht wieder an: Wird die EZB die Zinsen erhöhen?
16.08.2026

Die Inflation hat sich im Euroraum überraschend zurückgemeldet – angetrieben von teurer Energie und geopolitischen Spannungen. Damit...

DWN
Politik
Politik Rentensplitting statt Witwenrente: Steht die Hinterbliebenenrente vor dem Aus?
16.08.2026

Im Rahmen der Rentenreform steht plötzlich auch die Witwenrente zur Diskussion. Ein Rentenexperte argumentiert, "Frauen könnten sich...

DWN
Politik
Politik Toxische Weltpolitik: Wenn gefährliche Staatschefs die Kontrolle verlieren
16.08.2026

Sie dulden keinen Widerspruch, verlangen Loyalität und halten sich selbst für unfehlbar. Gelangen toxische Führungspersönlichkeiten an...

DWN
Politik
Politik Medienrat für öffentlich-rechtlichen Rundfunk: Geschäftsführerin steht fest
16.08.2026

Das neue Gremium soll den öffentlich-rechtlichen Rundfunk kontrollieren. Im April wurde die Vorsitzende gewählt. Jetzt steht fest, wer...

DWN
Finanzen
Finanzen Wie Fintechs Banken herausfordern – und Anleger profitieren können
16.08.2026

Millionen Kunden eröffnen Konten bei Revolut, N26 oder Trade Republic – oft zunächst nur zusätzlich zur Hausbank. Doch aus der...

DWN
Finanzen
Finanzen Künstliche Intelligenz greift nach Ihrer Rente - und zwar an zwei Fronten
16.08.2026

Erstens geht es um die Exponierung von Pensionsfonds gegenüber KI. Zweitens stellt sich die Frage, welche Kasse die meisten Menschen im...

DWN
Panorama
Panorama Schlecht vorbereitet bei Waldbränden? Experte sieht Lücken im System
16.08.2026

Ein dichtes Netz an Feuerwehren schützt Deutschland bislang vor vielen größeren Waldbränden. Doch Ausbildung, Einsatzverfahren und...

DWN
Finanzen
Finanzen Millionenbetrug an Bankkunden: Ermittler heben Netzwerk aus
16.08.2026

Eine Gruppe Krimineller soll Bankkunden um Millionen betrogen haben. Ermittler aus Deutschland und Brasilien nahmen nach Durchsuchungen...