Als im Herbst 2013 ein Tesla Model S brannte, war die Aufregung groß - sind Akkus doch zu unsicher, um Autos anzutreiben? Immer wieder hört man auch von Billig-Akkus, die plötzlich platzen oder brennen. Was nicht nur beim Laden, sondern auch im Flugzeug passieren kann, weshalb viele Flugunternehmen den Transport nur noch im Handgepäck erlauben.
Innerhalb von wenigen Minuten zerfällt die meist aus einem Gemisch von Nickel, Mangan und Kobalt bestehende Kathode im Inneren des Akkus und setzt dabei Energie frei. Eine sich hochschaukelnde thermische Reaktion heizt dann die Batterie in kürzester Zeit auf mehr als 1.000 Grad auf – und sie explodiert.
Um dies zu verhindern, haben Forscher der Stanford University eine Kompositschicht aus Nanopartikeln und Polymer entwickelt. Der Vorteil: Der Akku schaltet sich selbst aus, sobald er gefährlich heiß wird. Ist er wieder abkühlt, arbeitet er ohne Einbußen weiter. Bisher ein absolutes Novum. Denn um eine Explosion zu verhindern, sind Lithium-Ionen-Akkus oft mit Sensoren ausgerüstet, die diese Kettenreaktion bremsen oder die Batterie bei einer solchen Überhitzung sofort stilllegen sollen. Nur ist diese danach nicht mehr zu gebrauchen.
Bei der Entwicklung von Zheng Chen und seinen Kollegen soll vermieden werden, dass ein Smartphone oder Computer Schaden nimmt oder sogar ein Feuer entstehen kann. "Wir haben den ersten Akku entworfen, der wiederholt aus- und wieder angeschaltet werden kann", beschreibt Stanford-Professor Zhenan Bao die Funktionsweise. Leistungs-Einbußen solle dieser Vorgang nicht nach sich ziehen.
Dafür entwickelten die Forscher ein spezielles Material, das bei einer kritischen Temperatur von 70 Grad die Batterie abgeschaltet. Nach Angaben der Forscher soll das System 1000 bis 10.000-fach sensibler als bisherige Sicherheits-Vorrichtungen sein.
Doch der eigentliche Clou des Systems besteht in seiner Reversibilität: Sobald die Batterie nach dieser Sicherheits-Reaktion wieder auf Raumtemperatur abkühlt, funktioniert der Akku wieder ganz normal. Selbst nach 20 Zyklen dieses Abschaltens und wieder Anschaltens habe es keine Einbußen in der Leistung der Batterie gegeben, berichten die Wissenschaftler.
"Im Vergleich zu vorherigen Ansätzen bietet unser Design eine verlässliche, schnelle und umkehrbare Strategie", sagt Mitentwickler Yi Cui. "Diese kann sowohl eine höhere Leistungsfähigkeit des Akkus ermöglichen als auch eine verbesserte Sicherheit." Das eröffnet ganz neuen Wege zur Entwicklung sicherer Batterien für viele Alltagsgeräte. Ob sich diese Sicherheitsschicht auch für die besonders leistungsstarken Akkus eignet, wie etwa bei Teslas Limousinen eingesetzt werden, muss allerdings noch getestet werden.
