14.10.2016 18:38

Explodierende Handys

Akku der ETH kann sich nicht mehr entzünden

Das Debakel mit explodierenden Akkus trifft nicht nur Samsung: Auch Flugzeugbauer hatten mit Lithium-Ionen-Akkus schon Probleme.

von
sda/tob
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Sogenannte Lithium-Ionen-Akkus stecken nicht nur in Smartphones.

Sogenannte Lithium-Ionen-Akkus stecken nicht nur in Smartphones.

AFP/Jung Yeon-je
Auch in Notebooks, ...

Auch in Notebooks, ...

/Sean Gallup
... E-Bikes, ...

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Karl-josef Hildenbrand

Nicht nur das Note 7 von Samsung machte Schlagzeilen wegen überhitzter oder gar explodierender Akkus. Auch andere Firmen kämpfen mit dem Problem, darunter Apple, Tesla und Boeing.

Die Akkus sollen immer kleiner und leichter werden, sich immer schneller laden lassen – und dabei möglichst lange halten. Der Spagat zwischen diesen Anforderungen birgt Risiken. Wie es zu den Explosionen mancher Note-7-Handys kam, ist bisher nicht geklärt.

Hochreaktives Lithium

Lithium-Ionen-Akkus und die meisten anderen Batterien bestehen aus zwei Elektroden – dem Plus- und dem Minuspol – aus festen Materialien. Zwischen ihnen bewegen sich die Ladungen durch einen flüssigen oder gelförmigen Elektrolyten. Eine Trennschicht aus Kunststoff verhindert, dass es zum Kurzschluss kommt.

«Lithium ist hochreaktiv. Wenn der flüssige Elektrolyt mit dem darin enthaltenen Lithium mit Luft in Kontakt kommt, kann es sich spontan entzünden», erklärt Jennifer Rupp von der ETH Zürich auf Anfrage der Nachrichtenagentur SDA. Ein Grund für brennende Akkus kann daher eine undichte Hülle sein. Aber auch wenn man den Akku überhitzt – durch Überladung oder indem man ihn an der Sonne liegen lässt –, kann das Gel aufquellen oder sich die Flüssigkeit entzünden.

Es gibt zwei Möglichkeiten, Akkus sicherer zu machen. «Man kann die Hülle besser machen, so dass die Materialien nicht mit Luft in Berührung kommen, auch wenn das Handy einen Schock erfährt.» Oder – daran forscht die ETH-Professorin – einen Elektrolyten aus festen Materialien verwenden. «Den können Sie an der Luft liegen lassen, da passiert gar nichts.»

In den Fokus dieser Trockenakkus rückten Elektrolytmaterialien aus Keramik. Lithiumgranat gehört dabei zu den festen Materialien mit einer der höchsten bekannten Leitfähigkeit für Lithium-Ionen.

Trockenakku mit Kniff

Die Forschungsgruppe Rupp stellte kürzlich einen Prototypen eines solchen Festkörperakkus mit einem Lithiumgranat-Elektrolyten vor. Dabei konnten sie auch einen Knackpunkt an Festkörperakkus lösen, nämlich die Elektroden und den Elektrolyten so miteinander zu verbinden, dass sich die Ladungen möglichst widerstandsfrei bewegen können.

Rupps Team wendete dafür einen Trick an: Bei der Herstellung der Elektrolytschicht sorgten sie dafür, dass diese eine poröse Oberfläche als Festkörper bekam. Das Material des Minuspols kann direkt mit dem Elektrolyt in fester Form verbunden werden, was einen schnellen Lithiumtransfer im Akku ermöglicht. Dank den Poren kann der Prototyp auch schneller geladen werden als andere Festkörperakkus.

Sicherer und flacher

Ein weitere Vorteil: Mit dem festen Elektrolyten liesse sich auch die Kunststoff-Trennschicht, die den Kurzschluss verhindert, noch dünner machen. «Momentan liegt die Dicke bei etwa 10 Mikrometern. Wir kommen in unserem Labor auf 100 Nanometer, also um zwei Grössenordnungen flacher», so Rupp.

Bis zur Marktreife solcher Festkörperakkus könnten aber noch fünf Jahre vergehen, sagte die Forscherin. Der ETH-Akku funktioniert derzeit am besten bei 95 Grad. Er kann sich zwar nicht entzünden, ist mit seiner Optimal-Temperatur aber noch ein Stück weg von der Anwendung in Smartphones.

Hersteller werden daher vermutlich erst einmal auf bessere Akkuhüllen setzen. Da die Handys und damit auch die Akkus aber immer flacher werden sollen, warten die Konzerne vermutlich sehnsüchtig auf den ersten marktreifen Festkörperakku.

Akkus in der Luft

Der Hersteller Boeing hatte bei seinem Vorzeige-Modell 787 Dreamliner mit den verbauten Lithium-Ionen-Batterien zu kämpfen. Nach mehreren Zwischenfällen wurden 2013 zeitweise alle Flugzeuge des Typs stillgelegt.

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