Handy-Akkus, die in 30 Sekunden aufgeladen sind

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Wissenschaftler basteln an den Akkus von Morgen – und die liegt nach wie vor in Lithium-Ionen-Batterien.

Silizium-Cluster sollen die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus dramatisch steigern. Quelle: CNET
Silizium-Cluster sollen die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus dramatisch steigern. Quelle: CNET

Die Northwestern University und das Argonne National Laboratory haben jetzt ein Paper über die Fortschritte in der Akku-Forschung publiziert. Das Problem der Lithium-Ionen-Akkus sind derzeit die Elektroden, die die Ladung halten.

Daher richten viele Forscher ihr Interesse darauf, das Material von Anode und Kathode für Akkus zu verbessern. In drei bis fünf Jahren, so die Forscher, könnten bereits Akkus möglich sein, die innerhalb von 15 Minuten vollständig geladen sind und zehnmal mehr Kapazität als handelsübliche haben.

Noch optimistischer sind die Forscher des Argonne Laboratoriums. Sie experimentieren damit, die Graphit-Anode mit Titanium Oxid auszutauschen. Damit sollen Akkus möglich sein, die sich innerhalb von 30 Sekunden laden lassen.

In handelsüblichen Akkus, bewegen sich die Ionen, also Atome mit positiver Ladung zwischen Anode und Kathode in Richtung der Entladung. Beim Wiederaufladen wandern diese Ionen – grob gesagt – wieder durch eine gelartige Akkumulatorsäure zurück.

Jetzt hat Professor Harold Kung von der Northwestern University ein neues Material für diese Anode verwendet. Statt Kohlenstoff hat er jetzt kleine Silizium-Cluster zwischen die einzelnen Schichten eingefügt. Damit bekommt er mehr Lithium-Atome und das Silizium kann zudem mehr dieser Atome aufnehmen als Kohlenstoff. Der Silizum-Kohlenstoff-Sandwich verfügt zudem über kleine Öffnungen, durch die die Atome gelangen können. Damit behält das Silizium seine ursprüngliche Form.

Damit umgehen die Forscher auch ein Problem, das den praktischen Einsatz von Silizium bislang verhinderte. Bei einer Ladung dehnten sich diese Silizium-Cluster aus und zersetzten sich. Schon jetzt sei es möglich die Batterie bis zu 150 Mal aufzuladen und die Kapazität läge dann immer noch um den Faktor fünf höher als handelsübliche Akkus.

Forscher des Argonne National Laboratory setzen statt auf Kohlenstoff auf Titanium Oxid. Bislang gilt auch dieses Material als wenig geeignet, weil es keine kristallinen Strukturen aufweise. Doch beim Laden, so die Forscher, haben sich die Titanium-Oxid-Moleküle geordnet und so in eine Struktur gebracht, die zu deutlich leistungsfähigeren Batterien führt.

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