Volle Leistung bei klirrender Kälte: Dieser Akku friert nicht

Ob Apple, Samsung oder Sony - Smartphones sämtlicher Hersteller haben die gleiche Schwäche: Fallen die Temperaturen deutlich unter null, lässt die Kapazität des Akkus rapide nach. Die Lithium-Ionen-Akkus besitzen bei minus 20 Grad nur noch 50 Prozent der gewohnten Kapazität, bei minus 40 Grad mit zwölf Prozent gerade einmal noch ein gutes Zehntel.

Was in unseren Breiten sporadisch im Winter auffällt, ist in Regionen nahe der Polarkreise ein ernstes Problem. Lithium-Ionen-Akkus sind dort quasi unbrauchbar, wenn sie nicht durch aufwendige Konstruktionen beheizt, isoliert und optimiert werden. Dadurch legen die Akkus jedoch an Gewicht zu.

Die Ursache für den Kapazitätsverlust: Der Elektrolyt, durch den die Ionen wandern, wird mit fallender Temperatur zäher und erstarrt schließlich. Das verlangsamt den Ionenaustausch, die Leitfähigkeit sinkt. Forscher der Fudan Universität in Schanghai haben einen Ausweg gefunden: Das Team um den Chemie-Professor Yongyao Xia setzt einen Elektrolyten aus Lithium-Salzen und Ethyl-Acetat ein und verwendet passende Elektroden aus organischen Polymeren.
 

Günstig und umweltfreundlich

Dieser Elektrolyt toleriert Temperaturen von plus 55 bis minus 70 Grad. Der Akku behält bei minus 40 Grad fast seine volle Kapazität, selbst in der Kältekammer bei minus 70 Grad sind es immerhin noch 70 Prozent. Hinzu kommt, dass die Herstellung der organischen Elektroden günstiger und umweltschonender erfolgt als die der üblicherweise verwendeten. Zudem sind die Ausgangsmaterialien einfacher verfügbar als die sonst benötigten Metalle.

Der große Haken: Die Energiedichte der Akkus ist in etwa so gering wie die eines Bleiakkus. Das heißt, der Akku liefert insgesamt nur etwa ein Viertel der Kapazität eines gleichgroßen gewöhnlichen Lithium-Ionen-Akkus oder müsste für die gleiche Kapazität etwa viermal so groß sein. Für viele Anwendungen macht das die neuen Akkus kaum nutzbar – das chinesische Forscherteam betont aber die Eignung als Stromlieferanten bei einem Kaltstart.