Technologie

Halbleiter-Technologie verringert Brandrisiko bei E-Autos

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

Mehr zum Thema:  
Benachrichtigung über neue Artikel:  

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:  

DWN
Unternehmen
Unternehmen Commerzbank warnt vor Risiken bei Übernahme durch Unicredit
07.10.2024

Commerzbank-Chefin Bettina Orlopp sieht bei einer Übernahme durch die italienische Großbank Unicredit große Risiken. Auch der...

DWN
Politik
Politik Kranken- und Pflegeversicherung: Milliardenschweres Finanzloch - Beiträge könnten noch stärker steigen
07.10.2024

Die Beiträge zur Kranken- und Pflegeversicherung könnten im kommenden Jahr stärker steigen als bisher befürchtet. Es fehlen Milliarden...

DWN
Politik
Politik BRICS-Alternative zu SWIFT vorerst auf Eis gelegt: Differenzen bremsen Fortschritt
07.10.2024

Die BRICS-Währung bleibt vorerst ein Fernziel. Doch der wachsende Handel in nationalen Währungen und das Interesse neuer Länder wie der...

DWN
Technologie
Technologie Medizin-Nobelpreis an Genregulations-Forscher
07.10.2024

Heute hat in Stockholm die Bekanntgabe der diesjährigen Nobelpreisträger begonnen. Für den Medizin-Nobelpreis steht die Entscheidung...

DWN
Immobilien
Immobilien Zweitimmobilien: Diese steuerlichen Aspekte müssen Sie beachten - Fachanwalt Martin Kahllund im DWN-Interview
07.10.2024

Viele Eigentümer von Immobilien sind sich nicht vollständig über die steuerlichen Auswirkungen bewusst, die ihr Besitz mit sich bringt....

DWN
Unternehmen
Unternehmen Kurzarbeit und Arbeitslosigkeit wie zur Corona-Pandemie: Symptome einer beginnenden Arbeitsmarktflaute?
07.10.2024

Gerade hat Bosch bekanntgegeben, die Arbeitszeit von 2.300 Beschäftigten zu kürzen. Auch Konjunkturberichte und Indexe belegen, die Zahl...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Konjunktur: Starkes Auftragsminus für Industrie
07.10.2024

Nachdem die Bundesregierung die Wachstumsprognose für Deutschland senken musste, kommt der nächste Dämpfer: Die deutsche Industrie ist...

DWN
Politik
Politik Erbschaftsteuer erhöhen oder senken? Das „Wahlkampfgetöse“ der Parteien beginnt!
07.10.2024

Erben sollen von der Erbschaftsteuer befreit werden, auch wenn sie das Familienheim nicht selbst bewohnen – sondern vermieten. Das ist...