Forschung Bringt Fe-C den Durchbruch in der Batterietechnik?

Am Institut für Nanotechnologie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wurde nun eine neue Batteriearchitektur und die verwendeten auf Basis von Eisen-Kohlenstoff entwickelt, die enorme Verbesserungen in der gespeicherten Energiemenge und den Kosten verspricht. Der neue Ansatz könnte langfristig auch die Reichweite von Elektroautos deutlich erhöhen.

Die Entwicklung hochleistungsfähiger Energiespeicher ist derzeit eine der größten Herausforderungen der Forschung, denn diese sind die Voraussetzung für die künftige Wirtschaftlichkeit der Elektromobilität und die Integration erneuerbarer Energien ins Energiesystem. Beim heutigen Stand der Technik ist die in einer Batterie gespeicherte Energiemenge um den Faktor 50 geringer als die Energie in einem gleich großen Benzintank.

"Mit herkömmlichen Lithium-Ionen-Batteriematerialien sind heute nur noch geringe Verbesserungen zu erwarten", erklärt Dr. Maximilian Fichtner der die Gruppe Energiespeicherung am Institut für Nanotechnologie des KIT leitet. Daher setzen Fichtner und sein Team auf völlig neue Eisen-Kohlenstoff-Materialien, mit deren Hilfe sich deutlich mehr Energie auf kleinem Raum speichern lässt. Das Problem: Die bisher beschriebenen Materialien sind nicht zyklenstabil und die Speicherkapazität sinkt schnell ab, wenn die Batterie mehrmals be- und entladen wird. Deshalb wurde nun ein neuer Ansatz für eine Synthese von Eisen-Kohlenstoff-Speichermaterialien entwickelt. Bei dem zum Patent eingereichten Verfahren werden unterschiedliche Ausgangsmaterialien mit einem Lithium-Salz vermischt und dann gemeinsam erwärmt. Dabei bildet sich eine komplett neue Nanostruktur aus, die zusätzlich von Kohlenstoffdrähten, die ebenfalls entstehen, durchzogen ist. Die Energiespeicherfähigkeit liegt heute schon beim Doppelten der derzeitigen Batterien.

"Die Herstellung ist einfach und kostengünstig und die hohe Kapazität der Eisen- Kohlenstoff-Elektrode bleibt sehr lange erhalten. Das ist ein enormer Fortschritt gegenüber den bisherigen Materialien. Gelingt es uns, das Potenzial dieses neuen Materials voll auszuschöpfen, können wir die Speicherdichte von Lithium-Ionen-Batterien um den Faktor Fünf verbessern", so Fichtner.