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
Politik
Politik Der übergriffige Staat: Bremst Regulierung Europas Wohlstand?
30.05.2026

Europa verliert an wirtschaftlicher Dynamik. Während die USA Innovationen skalieren und China Märkte strategisch erobert, verstrickt sich...

DWN
Panorama
Panorama Toyota bZ4X Touring im Test: Wenn Reichweite ihren Namen wirklich verdient
30.05.2026

Toyotas elektrisch angetriebenes SUV bZ4X präsentiert sich auch in der Version Touring. Der Einstiegspreis liegt mit Förderung bei 35.990...

DWN
Panorama
Panorama Wie 3D-Drucker aus deutschen Garagen den Ukraine-Krieg beeinflussen
30.05.2026

Kleine Plastikteile aus Deutschland helfen der Ukraine im Krieg gegen Russland. Hinter der Initiative stehen Freiwillige mit 3D-Druckern,...

DWN
Panorama
Panorama Tanken, WM, Shopping: Das ändert sich im Juni
30.05.2026

Der neue Monat bringt gute Nachrichten für Sportfans und schlechte Aussichten für Autofahrer. Welche Änderungen stehen im Juni an?

DWN
Technologie
Technologie KI in der Produktion entscheidet über Deutschlands Industriekraft
30.05.2026

Eine Fabrik von 1961 wird zum Vorbild für die Industrie von morgen. Bei ams OSRAM zeigt sich, dass künstliche Intelligenz nicht nur neue...

DWN
Finanzen
Finanzen US-Börsenbericht: Aktien schließen auf Rekordhoch, angeführt von Tech-Werten, während der Nasdaq im Mai 8 Prozent gewinnt
29.05.2026

Künstliche Intelligenz und überraschende diplomatische Wendepunkte beflügeln die Märkte – erfahren Sie, was die Börsen aktuell...

DWN
Finanzen
Finanzen Bitcoin: Unbekannter vernichtet Vermögen im Millionenwert
29.05.2026

Ein Unbekannter schickt 107 Bitcoin an eine Adresse, von der es keinen Rückweg gibt. Knapp sieben Millionen Euro sind damit praktisch aus...

DWN
Unternehmensporträt
Unternehmensporträt Eternal.ag: Kölner Start-up automatisiert die Tomatenernte
29.05.2026

Acht Millionen Euro, ein gescheitertes Vorgängerunternehmen und ein klares Ziel: Renji John will beweisen, dass autonome Roboter den...