Lithiumbatterien haben für die Menschheit einen großen Fortschritt gebracht. Smartphones, Mehrrotor-Drohnen, Langstrecken-Elektrofahrzeuge, E-Bikes, Allwetter-Laptops, elektrische Einräder und Skateboards – wir alle haben Lithiumbatterien zu verdanken, aber hochdichte Lithiumbatterien enthalten enorme Energiemengen und können bei thermischem Durchgehen verheerende Schäden anrichten. Deshalb bauten die Forscher Feuerlöschfunktionen in die Batterien selbst ein.
Bei Lithiumbatterien kommt es seltener zu thermischem Durchgehen und Entladung, insbesondere wenn sie nach strengen Standards hergestellt und ordnungsgemäß gewartet werden. Aber jetzt, wo wir so viele Lithiumbatterien in unseren Häusern, Geschäften, Garagen, Rucksäcken und Fahrzeugen haben und so viele billige, minderwertige Batterien, sind Brände von Lithiumbatterien an der Tagesordnung. Allein im Jahr 2022 gab es in New York City mehr als 200 Lithiumbatteriebrände. Sie möchten auf keinen Fall in der Nähe sein, wenn ein Feuer ausbricht.
Wenn sich eine Lithiumbatterie mit geringer Kapazität entzündet, ist die Explosion stark genug, um die Fenster des Raumes herauszublasen. Sie können zu Flammenwerfern werden, die geschmolzenes Metall versprühen, in der Nähe befindliche Gebäude und Fahrzeuge entzünden und schwer zu löschen sind, sobald ein thermisches Durchgehen auftritt. Forscher der Clemson University und der Hunan University sagen jedoch, dass ihnen bei einer Lösung ein Durchbruch gelungen ist.
Das Forschungsteam entwickelte einen neuen Typ einer wiederaufladbaren Lithiumbatterie, indem es die typische, leicht entzündliche Elektrolytflüssigkeit durch etwas ersetzte, das typischerweise in Feuerlöschern zu finden ist. Darüber hinaus verwendeten sie anstelle gewöhnlicher brennbarer organischer Lösungsmittel als Batterieelektrolyt eine modifizierte Version der nicht brennbaren Thermoflüssigkeit Novec 7300 von 3M.
„Der Elektrolyt ermöglicht es ladungstragenden Lithiumionen, durch den Separator zwischen den positiven und negativen Elektroden einer Lithium-Ionen-Batterie zu gelangen“, schrieb einer der Forscher in einem Artikel für The Conversation. „Indem wir ein kostengünstiges handelsübliches Kühlmittel so modifizierten, dass es als Batterieelektrolyt fungierte, konnten wir eine Batterie schaffen, die ihr eigenes Feuer löschen kann.“
Selbstverlöschende Elektrolyte funktionieren sowohl in Lithium- als auch in Kaliumionenbatterien gut und entzünden sich nicht, selbst wenn ein Nagel in die Batterie eindringt. Feuerlöschlösungen eignen sich auch hervorragend als Elektrolyte, da sie im Bereich von -75 bis 80 °C (-100 bis 175 °F) gut funktionieren, extreme Hitze und Kälte deutlich besser verkraften als herkömmliche Elektrolyte und in manchen Fällen die Batteriekapazität über eine deutlich höhere Anzahl von Ladezyklen hinweg aufrechterhalten.
Es scheint auch im kommerziellen Maßstab leicht skalierbar zu sein. „Da unser alternativer Elektrolyt ähnliche physikalische Eigenschaften wie derzeit verwendete Elektrolyte aufweist, kann er problemlos in aktuelle Batterieproduktionslinien integriert werden. Wenn die Industrie dies akzeptiert, gehen wir davon aus, dass Unternehmen in der Lage sein werden, vorhandene Lithium-Ionen-Batterieanlagen zur Herstellung nicht brennbarer Batterien zu nutzen“, schreiben die Forscher.