Reaktion nur bei Überhitzung
Das von den US-Forschern neuentwickelte Batteriebauteil könnte künftig diese Probleme lösen helfen. Denn es sorgt dafür, dass im Falle einer Überhitzung sofort Flammschutzmittel in den Elektrolyt freigesetzt wird. Im normalen Betrieb des Lithiumionen-Akkus aber ist das Flammschutzmittel eingekapselt und stört daher die Batteriefunktion nicht. Das Bauteil ersetzt den herkömmlichen Separator, eine Trennschicht aus mikroporösen Membranen, die die Elektroden voneinander trennt, aber dennoch den Ionenaustausch ermöglicht. Der Separator von Liu und seinen Kollegen ist ebenfalls mikroporös, er besteht jedoch aus einem gesponnenen Mikrofaser-Verbundgewebe. Jede Faser dieses Gewebes enthält einen Kern aus dem gängigen Flammschutzmittel Triphenylphosphat (TPP). Um diesen herum ist eine Polymerschicht gesponnen, die das TPP vom Elektrolyt trennt. “Das Polymer hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt, ist aber im normalen elektrochemischen Umfeld des Batterieinneren inert und stabil”, beschreiben die Forscher.
Im Normalbetrieb der Batterie hat der neuentwickelte Separator ähnliche elektrische Kenndaten wie herkömmliche Polyethylen-Separatoren, wie die Tests der Forscher ergaben. Wenn jedoch der Akku anfängt zu überhitzen, verändert sich das Bauteil schlagartig: “Wird der Schmelzpunkt des Polymers erreicht, schmelzen die Fasern und das eingekapselte TPP wird freigesetzt”, berichten Liu und seine Kollegen. Im Versuch führte dies spätestens bei Temperaturen von 160 Grad dies zu einer 100prozentigen Ausschüttung des Flammschutzmittels in den Elektrolyt. Das TPP macht dadurch nun rund 30 Gewichtsprozent des Elektrolyts aus. Im Experiment zündeten die Forscher diese Mischung sogar direkt an, um ihre Flammbarkeit zu testen. Das Ergebnis: “Die Flammen verschwanden sofort und waren innerhalb von 0,4 Sekunden komplett gelöscht”, so die Wissenschaftler. “Das belegt, dass der Separator die Flammbarkeit der gängigen Elektrolyte effektiv unterdrückt.”
Nach Ansicht von Liu und seinen Kollegen könnte ihr neuentwickeltes Bauteil daher dazu beitragen, das Problem der explodierenden Akkus endlich zu lösen. “Mit diesem smarten und anpassungsfähigen Separator müssen wir zudem keine Kompromisse mehr eingehen zwischen der elektrochemischen Leistung der Batterie und einem Schutz vor der Entflammbarkeit des Elektrolyts”, so die Forscher.
