Donnerstag, 19 Oktober 2017 09:33

TUM-Forscherin gelingt drastisch vereinfachtes Verfahren zur Synthese von Hochvolt-Kathoden für Lithium-Ionen-Akkus

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Dr. Jennifer Ludwig mit Proben aus den Optimierungsreihen, die letztlich zum Material mit der derzeit höchsten elektrochemischen Performance führten. Dr. Jennifer Ludwig mit Proben aus den Optimierungsreihen, die letztlich zum Material mit der derzeit höchsten elektrochemischen Performance führten. Andreas Battenberg / TUM

Die Chemikerin Dr. Jennifer Ludwig von der Technischen Universität München (TUM) hat für ihre Arbeit an einem neuen Verfahren zur Herstellung von Lithium-Kobaltphosphat den Evonik Forschungspreis erhalten. Als Hochvolt-Kathodenmaterial kann es zur Leistungssteigerung von Lithium-Ionen-Akkus führen.

„Das Lithium-Kobaltphosphat kann erheblich mehr Energie speichern als herkömmliche Kathodenmaterialien“, so Ludwig. Mit dem neuentwickelten Verfahren soll sich das Lithium-Kobaltphosphat schnell, einfach, günstig und in höchster Qualität herstellen lassen. Das pinke Pulver gilt unter Batterieforschern bereits seit einiger Zeit als das Material der Zukunft. Es arbeitet bei höherer Spannung als das bisher verwendete Lithium-Eisenphosphat und kann daher eine höhere Energiedichte erreichen – so sind 800 Wattstunden pro Kilogramm statt bisher knapp 600 Wattstunden möglich.

Bisherige Verfahren zur Lithium-Kobaltphosphat-Gewinnung energieaufwändig und teuer

Laut TUM sind die bisherigen Verfahren zur Herstellung des vielversprechenden Hochvolt-Kathodenmaterials aufwändig, energieintensiv und wenig effizient, da dafür Temperaturen von 900 Grad benötigt wurden. „Die Kristalle, die sich unter diesen extremen Bedingungen bilden, sind zudem unterschiedlich groß und müssen in einem zweiten energieintensiven Schritt erst zu nanokristallinem Pulver vermahlen werden“, berichtet Ludwig.

Die nun von Jennifer Ludwig entwickelte Mikrowellen-Synthese soll all diese Probleme lösen – mit einem überraschend einfachen Verfahren: Für die Gewinnung von hochreinem Lithium-Kobaltphosphat benötigt man nur ein kleines Mikrowellen-Gerät und eine halbe Stunde Zeit. Die Reagenzien werden zusammen mit einem Lösungsmittel in einem Teflon-Behälter erhitzt. Gerade einmal 600 Watt Leistung reichen aus, um die notwendige Temperatur von 250 Grad zu erzeugen und die Kristallbildung anzuregen. „Mit dem neuen Herstellungsverfahren können wir nun in einem einzigen Prozessschritt die leistungsfähigen, plättchenförmigen Lithium-Kobaltphosphat-Kristalle maßgeschneidert und in hoher Qualität herstellen“, erklärt Professor Tom Nilges. „Damit ist eine weitere Hürde auf dem Weg zu neuen Hochvolt-Materialien überwunden.“

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