Graphen-Hülle verhindert Batteriebrände

Forscher der University of Illinois halten bei Lithium-Metall-Batterien mit einer Beschichtung aus Graphen Sauerstoffmoleküle fest und verhindern damit gefährliche Überhitzungen, die in der Vergangenheit nicht selten zu Bränden geführt haben. Hohe Temperaturen sorgen dafür, dass sich die Kathode, die meist aus Lithium-Kobalt-Oxid besteht, zersetzt. Dabei wird Sauerstoff frei. Wenn er auf brennbares Material trifft, entsteht ein Brand, im Extremfall gibt es sogar eine Explosion.

«Wir dachten, wenn wir verhindern können, dass der Sauerstoff aus der Kathode austritt, wenn diese sich zersetzt, können wir die Gefahr, dass es zu einem Brand kommt, eindämmen», sagt Reza Shahbazian-Yassar, Assistenzprofessor an der Ingenieursschule der Universität. Als perfekte Lösung erschien ihm Graphen, das oft als «Wundermaterial» des 21. Jahrhunderts gepriesen wird. Dabei handelt es sich um eine Folie, die aus bienenwabenartig angeordneten Kohlenstoffatomen besteht. Sie ist unvorstellbar dünn, nur eine einzige Atomlage dick.

Die zündende Idee hatte Soroosh Sharifi-Asl, der bei Shahbazian-Yassar ein Aufbaustudium absolviert. Er schlug vor, die Lithium-Kobalt-Oxid-Partikel, aus denen die Kathode gebildet wird, in Graphen einzupacken. Dann beobachteten sie die winzigen Päckchen unter dem Elektronenmikroskop und stellten fest, dass bei Erhitzung weit weniger Sauerstoffatome ausbüxten als bei nicht eingepackten Molekülen.