Supercomputer Blue Gene/P hilft IBM-Forschern

Lithium-Luft-Batterien simulieren

Lithium-Luft-Batterien bieten eine hohe Energiedichte, 1 kWh/kg läge laut IBM im Bereich des Möglichen. Das wäre weit mehr als Li-Ionen-Batterien schaffen.

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Hier simuliert der Supercomputer Blue Gene/P den Elektrolyt Propylene Carbonat mit Lithium-Ionen und Sauerstoff in der Nähe einer Oberfläche mit Lithium-Peroxid (die ebene Struktur unten)

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Hier simuliert der Supercomputer Blue Gene/P den Elektrolyt Propylene Carbonat mit Lithium-Ionen und Sauerstoff in der Nähe einer Oberfläche mit Lithium-Peroxid (die ebene Struktur unten)

Grundsätzlich resultiert die hohe Energiedichte daraus, dass leichte Materialien zum Einsatz kommen. Während in Lithium-Ionen-Batterien die Anaode aus Graphit besteht und die Kathode aus Kobalt-, Mangan- und Eisenoxid, arbeitet die Lithium-Luft-Batterie mit Lithium für die Anode und die Kathode bildet nanostrukturierter Kohlenstoff. Allerdings ist noch viel Forschungsarbeit erforderlich, um zu klären, welche Substanzen für die Realisierung von Lithium-Luft-Batterien in Frage kämen und wie die Reaktionen genau ablaufen.

Dabei hilft den Forschern von IBM der Supercomputer Blue Gene/P, der im nebenstehenden Bild die Interaktion des Elektrolyten Propylene-Carbonat mit Lithium-Ionen und Sauerstoff in der Nähe einer Oberfläche mit Lithium-Peroxid simuliert.

Sauerstoff-, Kohlenstoff- und Lithium-Atome sind als bronzefarbene, blaue und silbrig-weiße Kugeln dargestellt. Die Stege zwischen den Atomen symbolisieren Bindungskräfte zwischen ihnen. Sie können permanent bestehen oder nur für kurze Zeit auftreten, wenn sich die Atome zufällig einander nähern. Solche Simulationen haben schon entscheidend dazu beigetragen, zu verstehen, welche Elektrolyte für Lithium-Luft-Batterien in Frage kommen.

Die Modelle für die Simulationen hat die Computational Sciences Group von IBM Research in Zürich entworfen, die am Batterie-500-Projekt arbeitet. Die Simulationen liefen auf dem IBM Blue Gene/P Supercomputern im Argonne National Laboratory und im IBM Research Lab in Zürich. Mit einer Spitzenrechenleistung von 557 Teraflop/s gehört das Blue Gene/P-System im Argonne National Laboratory zu den leistungsfähigsten Supercomputern der Welt.

Weiterführende Links:

• Stehen Metall-Luft-Batterien vor dem Durchbruch?: IBM: Lithium-Luft-Batterie-Prototyp bis 2013
• Zusätzliches Geschäftspotenzial von 4,8 Mrd. Euro: Maschinenbau verstärkt Batterie-Engagemgent
• Stabilisierung der Stromnetze: ads-tec: Li-Ionen-Batterien bringen Regelenergie
• IBM Research: Battery 500-Projekt für Li-Luft-Batterien mit neuen Industriepartnern