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
article:fokus_txt
Anzeige
DWN
Finanzen
Finanzen Das Zeitalter des intelligenten passiven Einkommens: Bitcoin-Mining mit BlackchainMining

In der heutigen, sich rasant entwickelnden digitalen Wirtschaft sind Kryptowährungen wie Bitcoin nicht nur Vermögenswerte, sondern auch...

DWN
Politik
Politik Trump-Doktrin: Weshalb die USA plötzlich Russlands Linie bedienen
10.12.2025

Mit provokanten Aussagen über Putin, Selenskyj und die Zukunft Europas treibt Donald Trump eine neue US-Außenpolitik voran, die immer...

DWN
Technologie
Technologie Stromexport: Frankreich produziert klimafreundlichen Überschuss
10.12.2025

Frankreich produziert in den kommenden Jahren deutlich mehr Strom, als das Land verbraucht. Diese Überkapazität eröffnet neue...

DWN
Politik
Politik Wird Brüssel das Verbot konventioneller Motoren lockern und E-Auto-Quoten für Unternehmen einführen?
10.12.2025

Die EU stellt die Weichen für die Zukunft der europäischen Autoindustrie. Brüssel erwägt eine Abschwächung des Verbots klassischer...

DWN
Finanzen
Finanzen Optimismus für europäische Banken und der Auftakt zu 2026
09.12.2025

Die Wall Street steht vor Rekorden. Analysten sehen starke Impulse für 2026, doch warnen vor Risiken. Banken glänzen, Bitcoin sorgt für...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Voith: Maschinenbauer streicht 2.500 Stellen
09.12.2025

Der Maschinenbauer Voith plant in Deutschland den Abbau von bis zu 2.500 Stellen. Grund sind strukturelle Probleme wie hohe Energie- und...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Feiertage killen fürs BIP: Ist das wirklich eine gute Idee?
09.12.2025

Mehr Arbeitstage, mehr Wachstum – so lautet das einfache Versprechen für 2026. Doch die Debatte über einen möglichen Wegfall eines...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Exporte: USA- und China-Geschäft bricht im Oktober ein
09.12.2025

Die deutschen Exporte geraten in ihren wichtigsten Absatzmärkten ins Rutschen, und die Zahlen aus den USA und China zeichnen ein klares...

DWN
Finanzen
Finanzen Neues Silberpreis-Rekordhoch: Engpässe treiben Aufwärtsrallye – warum Anleger jetzt wachsam sein müssen
09.12.2025

Der Silberpreis jagt von Rekord zu Rekord und übertrifft selbst den Hype um Gold, folgerichtig gibt es am Dienstag ein neues...