Oktober 2020

Lithium-Sauerstoff-Batterien gelten auf Grund ihrer hohen theoretischen Speicherkapazität als mögliche Energiespeicher der Zukunft, sowohl für mobile als auch stationäre Anwendungen. In ihnen wird metallisches Lithium (Anodereaktion) mit Sauerstoff (Kathodenreaktion) zu Lithiumperoxid umgewandelt. Das gebildete Lithiumperoxid wird in der Batterie gespeichert und beim Laden wieder in Sauerstoff und metallisches Lithium umgewandelt. Trotz intensiver Forschung in den letzten Jahren können mit diesem Batterietyp derzeit noch keine hohen Zyklenzahlen für das elektrische Wiederaufladen erreicht werden. Als Ursache hierfür gelten verschiedene Nebenreaktionen beim Lade- und Entladevorgang, deren Ursprung bisher nicht vollständig aufgeklärt werden konnte. Eine mögliche Quelle für die ungewollt entstehenden Nebenprodukte ist der während des Betriebs gebildete Singulett-Sauerstoff (¹O₂). Bei ¹O₂ handelt es sich um eine angeregte, kurzlebige Variante von molekularem Sauerstoff. Sie ist ein sehr gutes Oxidationsmittel und reagiert mit den anderen Komponenten der Batterie wie dem Elektrolyten und den Elektrodenmaterialien. Da ¹O₂ aber nicht langzeitstabil ist und bereits nach wenigen Millisekunden abreagiert, ist der Nachweis schwierig. Eine Möglichkeit zum Nachweis ist das sogenannte Trapping bei dem ¹O₂ mit anderen Molekülen zur Reaktion gebracht wird, welche dann später nachgewiesen werden können. In der AG Schröder wird derzeit das in der Abbildung gezeigte Molekül 9,10-Dimethylanthracen (DMA) als Nachweismittel für 1O2 in Lithium-Sauerstoff-Batterien untersucht, da es spezifisch mit Singulett-Sauerstoff zu 9,10-Dimethyl-9,10-epidioxianthracen reagiert (DMA-O₂). Über dessen Stabilität und den Einfluss auf die Chemie von Lithium-Sauerstoff-Batterien ist bisher wenig bekannt. Das dafür benötigte DMA-O₂ wird in der AG Schröder photochemisch hergestellt (siehe Bild) und anschließend aufgereinigt bevor es weiter untersucht wird. (Bild eingereicht von: Adrian Schürmann)