Lithium-Ionen-Akkus mit zehnfacher Laufzeit

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Silizium in Form von Nanodrähten als Anoden-Material für wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus kann für rund zehnmal so lange Batterielaufzeiten wie bisher sorgen.

Das hat ein Forscherteam der Universität Stanford rund um Yi Cui, Assisstenzprofessor für Material Sciences and Engineering, gemeldet. Die Forschungsergebnisse von Cui, seiner Mitarbeiterin Candace Chan und fünf weiteren Forschern wurde bei Nature Nanotechnology unter dem Titel ‘High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires’ veröffentlicht.

Cui spricht von einer revolutionären Entwicklung und betont die praktischen Anwendungsmöglichkeiten verbesserter Lithium-Ionen-Akkus. Als Beispiel dient ein Laptop-Computer, der derzeit eine Batterielaufzeit von zwei Stunden hat. Mit einem Akku, der die neue Entwicklung nutzt, seien 20 Stunden Batteriebetrieb vorstellbar. Das wäre etwa für interkontinentale Geschäftsreisen ein großer Vorteil. Cui vertritt die Ansicht, dass die Kapazitätserweiterung der Lithium-Ionen-Akkus diese auch für Elektroautos oder als Zwischenspeicher für Solarenergie attraktiv machen könne.

Grundsätzlich wird die Ladekapazität von Lithium-Ionen-Akkus dadurch begrenzt, wie viel Lithium die Anode des Akkus beim Aufladen aufnehmen kann. Derzeit kommt als Material meist Kohlenstoff zum Einsatz. Cuis Team zufolge hat Silizum eine deutlich höhere Aufnahme-Kapazität. Allerdings dehne sich Silizium bei der Lithium-Aufnahme um rund einen Faktor vier aus, um beim Entladen des Akkus wieder zu schrumpfen. Dieses Expandieren und Schrumpfen im Ladezyklus hat bei Versuchen etwa mit Silizium in Dünnfilm-Verarbeitung schnell zu Pulverisierung und damit Kapazitätsverlust geführt. Dieses Problem habe Cuis Team jetzt durch eine Verarbeitung des Siliziums in Form von Nanodrähten gelöst, diese blieben im Lade-Entlade-Zyklus stabil.