Separatoren verhindern in Lithium-Ionen-Akkus einen Kurzschluss und damit Batteriebrände. Hauchdünne Separatoren aus Glas sollen für mehr Sicherheit und Leistung sorgen.

 

Die Betriebssicherheit von Lithium-Ionen-Akkus hängt entscheidend von Separatoren ab, die für eine räumliche Trennung der Elektroden sorgen. Zusammen mit namhaften Industriepartnern will die Universität Bayreuth nun neuartige Separatoren aus Glas entwickeln.

Das Verbundprojekt "Glas-Separatoren für Lithium-Ionen-Batterien (GlasSeLIB)" startet am 1. März 2021 und wird von der Bayerischen Forschungsstiftung in den nächsten drei Jahren mit mehr als 375.000 Euro gefördert. Forschungspartner sind der Lehrstuhl für Werkstoffverfahrenstechnik an der Universität Bayreuth sowie vier Unternehmen: die Füller Glastechnologie GmbH, die Vitrulan Glass Textile GmbH, die Varta Microbattery GmbH und die Tesla Germany GmbH am Standort München.

Bei den angestrebten neuen Separatoren handelt es sich um filigrane Glasmembrane. Im Unterschied zu bisherigen Separatoren aus mikroporösen Polymerfolien besitzen sie eine Temperaturbeständigkeit bis mindestens 500 Grad Celsius. Zugleich sollen die Glasseparatoren die Alterung der Batteriezellen verlangsamen. Hierfür muss eine spezielle Glaszusammensetzung entwickelt werden, die sich durch eine hohe chemische Aktivität auszeichnet.

Fertigungstechnische Herausforderung

Allerdings sind diese Vorteile nur gegeben, wenn es gelingt, extrem dünne Membranen herzustellen. "Eine Reduzierung der Glasmembranen auf unter 20 Mikrometer ist für uns eine große fertigungstechnische Herausforderung. Sie ist aber zwingend erforderlich, um zu gewährleisten, dass die Betriebssicherheit von Batterien steigt oder zumindest erhalten bleibt, falls künftige Innovationen ihre Leistungsfähigkeit signifikant erhöhen", sagt Projektleiter Prof. Thorsten Gerdes vom Keylab Glastechnologie der Uni Bayreuth.

Um sicherzugehen, dass die in Bayreuth entwickelten Glasmembranen die an sie gestellten Anforderungen auch tatsächlich erfüllen, werden sie in den Laboratorien der Industriepartner Varta und Tesla getestet. "Die enge Zusammenarbeit im Verbundprojekt ist darauf ausgerichtet, dass wir in drei Jahren über neuartige Separatoren verfügen, die einen betriebssicheren Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien in der High-Tech-Elektronik gewährleisten", sagt Gerdes. Wenn das Projekt erfolgreich ist, werden die neuen Glasmembranen Lithium-Ionen-Batterien noch sicherer und leistungsfähiger machen.