Ein Team von Wissenschaftlern hat einen Weg gefunden, ein ungewöhnliches Material in Batterien der nächsten Generation zu verwenden: Holz. Das Team der Brown University hat ein von Bäumen abgeleitetes Material entwickelt, das in Festkörperbatterien verwendet werden soll, die sicherer und weniger umweltschädlich sind als aktuelle Batterien.
Lithium-Ionen-Batterien der aktuellen Generation, wie sie in Telefonen, Computern und Elektrofahrzeugen verwendet werden, verwenden flüchtige Flüssigkeiten als Elektrolyte. Diese Elektrolyte leiten Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden einer Batterie. Flüssige Elektrolyte machen diese Aufgabe gut, aber sie sind giftig und können gefährlich sein. Kommt es beispielsweise zu einem Kurzschluss der Batterie, kann die Flüssigkeit verbrennen und die Batterie kann Feuer fangen. Dies ist im Alltag normalerweise kein Problem, hat aber zum Rückruf einiger falsch hergestellter Batterien geführt.
Um Batterien sicherer zu machen, entwickeln Forscher Festkörperbatterien, bei denen stattdessen ein Feststoff als Elektrolyt verwendet wird. Ein festes, nicht brennbares Material wäre sicherer in der Verwendung und potenziell weniger umweltschädlich in der Herstellung. Der Großteil der aktuellen Forschung zu Festelektrolyten beschäftigte sich mit Keramiken, die sehr gut Ionen leiten, aber spröde sind und leicht reißen oder brechen können.
Das Brown-Team hat ein Material für den Einsatz als Festelektrolyt entwickelt, das aus einer Kombination von Kupfer- und Polymerrohren besteht, die aus Holz gewonnen werden und als Cellulose-Nanofibrillen bezeichnet werden. Das von den Forschern entwickelte Polymermaterial ist wie ein Blatt Papier extrem dünn und flexibel, was die Verarbeitung in der Fertigung erleichtert. Dabei ist seine Ionenleitfähigkeit so gut wie dickere, sprödere Materialien wie Keramik.
„Die Lithiumionen bewegen sich in diesem organischen Festelektrolyten über Mechanismen, die wir typischerweise in anorganischen Keramiken finden, und ermöglichen die rekordhohe Ionenleitfähigkeit“, sagte Koautor Yue Qi, Professor an der Brown’s School of Engineering, in einer Erklärung. „Die Verwendung von Materialien, die die Natur bereitstellt, wird die Gesamtauswirkungen der Batterieherstellung auf unsere Umwelt reduzieren.“
Die Forscher hoffen, dass diese Entwicklung dazu beitragen wird, Festkörperbatterien allgemein verfügbar zu machen, um die Sicherheit in der Unterhaltungselektronik zu verbessern.
Die Forschung wird in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
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