Das World Economic Forum WEF rechnet mit einer Verzehnfachung der Antriebs- und Speicherbatterien in den nächsten zehn Jahren. Die meisten werden Li-Ion-Akkus sein. Die EMPA arbeitet an Ersatz für die darin enthaltenen fluorreiche Salze, die an feuchter Luft zu giftig-ätzendem Fluorwasserstoff zerfallen.

Die Gefährlichkeit von Fluorwasserstoff erschwert und verteuert das Recycling. An der Eidgenössischen Maaterialprüfungsanstalt startet deshalb nun das Forschungsprojekt «Fluoribat», um dieses Problem zu lösen. So könnte der Lebenszyklus eines Akkus preisgünstiger ablaufen und zugleich sicherer werden. Fluor steckt – in kleinen Mengen – in allen Lithium-Ionen-Akkus. Die Elektrolytflüssigkeit eines solchen Akkus enthält Hexafluorophosphat Anionen PF6- – eine Fluor-Verbindung, die für die Langzeitstabilität der Batterie sorgt und hohe Zellspannungen ermöglicht. Der Nachteil: PF6- zerfällt im Kontakt mit Wasser oder an feuchter Luft zu giftigem Reststoff. Während die Batterie in Betrieb ist, muss sie also in einer vollkommen dichten, luftundurchlässigen Hülle stecken, sonst emittiert sie giftige Fluor-Verbindungen. Spätestens beim Recycling wird die luftdichte Hülle aufgeschlitzt. Der nun entstehende Fluorwasserstoff macht das Reycling kompliziert und teuer.

Die Empa beginnt im Sommer 2020 mit dem Forschungsprojekt namens «Fluoribat«, um diesem Problem entgegenzutreten. Das Forschungsteam von Corsin Battaglia, Leiter der Abteilung «Materials for Energy Conversion», hat einen neuen, nicht-brennbaren Wasser-basierten Elektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, der mit bereits heute gebräuchlichen Elektrodenmaterialien in diesen Akkus kompatibel ist. «Unsere Zellen weisen nach 200 Lade- und Entladezyklen noch mehr als 80% der Anfangskapazität auf» sagt Maximilian Becker, Batterieforscher in der Abteilung von Corsin Battaglia.

Das gegenüber Wasser stabile Lithiumsalz, das in den experimentellen Batteriezellen der Empa verwendet wird, könnte im Grossmassstab zu konkurrenzfähigen Preisen hergestellt werden. Für eine erfolgreiche Kommerzialisierung müsse die Langzeitstabilität jedoch noch verbessert werden. Wenn sich diese Hürde überwinden lasse, könne eine solche Batterie wesentlich kostengünstiger produziert und am Ende ihres Lebens rezykliert werden.

ie Empa ist Partner im Europäischen Projekt Battery2030+, dass die Batterieforschungsaktivitäten auf europäischer Ebene koordinieren wird. Ein wichtiges Ziel dieser Aktivitäten ist die Nachhaltigkeit von Batterien zu verbessern. Dazu ist es wichtig, nicht nur Metalle wie Kobalt, Nickel, Kupfer, Aluminium und Lithium möglichst im Kreislauf zu führen. Potentiell giftige Elemente wie Fluor gilt es – wenn schon nicht unbedingt komplett zu ersetzen – so doch zumindest in kontrollierten Bahnen zu halten.

 

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21.7.2021