Leistungsturbo für Lithium-Ionen-Akkus

Dabei setzen die Forscher auf Kohlenstoff-Nanoröhren und Manganoxid. Die Materialien werden zu einer Art Nano-Koaxialkabel kombiniert, die als Elektrodenmaterial im Akku eingesetzt werden. "Diese nanometerdicken Koaxialkabel sind ein vielversprechendes Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien", betont Pulickel Ajayan, Professor für Maschinentechnik und Materialwissenschaften an der Rice University. Denn für die Performance der Akkus ist wichtig, wie viel Lithium die Anode beim Laden aufnehmen kann und wie gut sie Strom leitet.

"Die Nanoröhre ist hoch leitfähig und kann auch Lithium aufnehmen, während das Manganoxid eine sehr hohe Kapazität hat, aber schlecht leitet", sagt Rice-Forscher Arava Leela Mohana Reddy. Erst in der Koaxial-Kombination offenbart sich das volle Potenzial der Materialien. Im Vergleich zu gängigen kommerziellen Akkus sei laut Ajayan eine zwei bis drei Mal höhere Kapazität möglich.

Ein weiterer Bereich, in dem sich die Forscher Vorteile durch die Nano-Koaxialkabel erhoffen, ist die Anzahl an Ladezyklen, über die sie verwendbar bleiben. Denn es gibt bereits Ansätze, die noch höhere Kapazititätsgewinne für Lithium-Ionen-Batterien versprechen, beispielsweise mit Silizium-Nanodrähten. "Diese sind allerdings nicht besonders gut in Sachen zyklischer Stabilität", meint Ajayan. Genau in diesem Bereich sei die eigene Entwicklung vielversprechend, was auch langlebige Akkus in Aussicht stellt. "Wir versuchen, die Strukturen so zu bearbeiten und zu verändern, dass wir die bestmögliche Performance erreichen", sagt Projektmitarbeiter Manikoth Shaijumon.

Da praktisch beliebige Anordnungen der Nanoelemente möglich sind, halten die Forscher auch relativ dünne und einigermassen biegsame Akkus für möglich. "Diese Technik wäre geeignet, um flexible Elektroden auf einer grossen Fläche herzustellen. Man könnte eine flexible Matte aus solchen Koaxialkabeln nutzen", meint Ajayan. Auch solche Ideen verfolgen die Rice-Forscher nun in ihren Laboren.