Batterien: Lithium-Luft-Rivale hat mehr Power (Foto: pixelio.de, Tim Reckmann)

Graz (pte024/11.11.2014/11:30) –

Wissenschaftler der Technischen Universität Graz http://tugraz.at haben in Kooperation mit den Universitäten St. Andrews, Oxford und Amiens sowie dem Collège de France http://www.college-de-france.fr den Entlademechanismus von Lithium-Luft-Batterien geklärt. Die Art des
Elektrolyten entscheidet über die effektive Kapazität des
Energiespeichers.

Sauerstoff-Ionenstrukturen

Den in "Nature Chemistry" publizierten Ergebnissen
zufolge weisen leichte Sauerstoff- statt schwerer metallischer
Ionenstrukturen in Lithium-Luft-Batterien im Gegensatz zu den
mittlerweile weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien eine potenziell
vervielfachte Energiespeicherkapazität auf. Die "luftige Super-Batterie"
kommt zudem ohne teure und begrenzt verfügbare Übergangsmetalle wie
Kobalt, Nickel oder Mangan aus.

"Wir haben den Entlademechanismus der
Lithium-Luft-Batterie untersucht und gezeigt, welche Faktoren für die
effektive Kapazität der Batterie verantwortlich sind", fasst Stefan
Freunberger vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der
TU Graz zusammen. Inwieweit Lithium-Luft-Batterien leistungsfähiger
sind, hängt vom verwendeten Elektrolyten ab, denn die potenziell
erreichbare Kapazität ist nicht fest bestimmt, sondern variabel.

Sulfoxide oder Imidazol nützlich

Den österreichischen Forschern nach ist der Sauerstoff
in der entladenen Lithium-Luft-Batterie idealerweise in Form von Peroxid
vorhanden, also in fester, unlöslicher Form. Die Zwischenstufe dorthin
ist sogenanntes Superoxid. Je löslicher die Zwischenstufe während des
Entlademechanismus ist, desto besser wirkt sich das letztendlich auf die
Kapazität der Batterie aus. Die sogenannte Donorzahl des Elektrolyten
ist in der Folge maßgeblich für die Kapazität.

"Diese Zahl beschreibt die Bindungsstärke zwischen dem
Lösungsmittel und den Kationen eines darin gelösten Salzes und bestimmt
die Löslichkeit der Zwischenstufe", verdeutlicht Freunberger. Ein
Elektrolyt mit hoher Donorzahl sei der Schlüssel zur gesteigerten
Kapazität der Lithium-Luft-Batterie. "Hohe Donorzahlen haben
beispielsweise Sulfoxide oder Imidazol. Letzteres ist eine
Stickstoffverbindung, die wir als Modellsubstanz verwendet haben."