Höhere Akkukapazitäten durch neues Material

Beim Aufladen eines Lithium-Ionen-Akkus wandern Lithium-Ionen in die Anode und werden in deren Material gespeichert. Normalerweise handelt es sich hierbei um Graphit, das aber eine begrenzte Speicherkapazität hat. Silizium verspricht eine höhere Kapazität, kämpft aber damit, dass es sich beim Aufladen ausdehnt und beim Entladen durch die Abgabe der Lithium-Ionen wieder schrumpft. Dadurch werden Siliziumschichten normalerweise nach einigen Ladezyklen pulversiert und unbrauchbar.

Die Südkoreaner lösen dieses Problem durch ein neuartiges Produktionsverfahren. Sie nutzen Siliziumdioxid-Nanopartikel und ein Silizium-basiertes Gel als Ausgangsbasis für den Fertigungsprozess. Am Ende entstehen kohlestoffüberzogene Siliziumkriställchen in einer dreidimensionalen, hochporösen Struktur. Die daraus bestehenden Anoden zeigen eine hohe Ladekapazität und erlauben den Forschern zufolge schnelle Lade- und Entladevorgänge. Das Team um Jaephil Cho hat das neuartige Material in der Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" vorgestellt. "Die präsentierten Ergebnisse sehen durchaus vielversprechend aus, meint Martin Schmuck von der österreichischen TU Graz (Technische Universität).

Die Entwicklung ist das Ergebnis von vielen Forschungsbemühungen, die an Siliziumanoden arbeiten. Einen ganz anderen Weg ist beispielsweise ein Team der US-Universität Stanford gegangen, das im Dezember 2007 eine Verarbeitung des Siliziums in Nanodraht-Form vorgestellt hat. Wirklich optimale Akkus lassen sich aber allein durch bessere Anoden nicht verwirklichen, warnt Schmuck. "Es muss auch an der Kathode gearbeitet werden", betont der Wissenschaftler. Hier werde international Grundlagenforschung betrieben, die langfristig Kathodenmaterialien mit einer drei bis vier Mal höheren Kapazität in Aussicht stellt. Ausserdem wird daran gearbeitet, die genutzte Zellenspannung zu steigern, da auch das leistungsfähigere Akkus verspricht. "Daran zeigt auch die Industrie Interesse", so Schmuck. Ferner beeinflusst auch das im Akkumulator genutzte Elektrolyt, wie viel Energie letztendlich gespeichert werden kann.