Besondere Innenstruktur der Silizium-Anode lässt moderne Akkus das Zehnfache an Energie speichern
© © Greg Stewart/SLACKünstlerisch illustriert, sitzen umhüllte Silizium-Nanopartikel in der Batterie wie Granatapfelkerne in der Frucht
Stanford (USA) - Im Obstkorb abgeschaut haben sich US-Forscher den Aufbau ihrer neuartigen Batterie-Elektroden: konstruiert nach dem Innenleben eines Granatapfels. Eine ähnlich grobkörnige Anordnung von umhüllten Nanopartikeln macht es jetzt erstmals möglich, auch Silizium als Rohstoff für Batterie-Elektroden einzusetzen. Das ist erwünscht, denn Lithium-Ionen-Akkus etwa können mit Silizium-Anoden zehnmal mehr Energie speichern als mit den heute typischen Graphit-Anoden. Leider wird Silizium beim Auf- und Entladen bisher schnell brüchig und die Batterie-Kapazität sinkt rasch. Mehrfaches Umhüllen wie beim Granatapfelkern hingegen hält Siliziumteilchen lange leistungsfähig, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt
Nature Nanotechnology. Sowohl in Elektroautos als auch in Smartphones und Tablets wäre diese neue Akku-Generation nutzbar. Bis zur Marktreife allerdings müssen sie den Produktionsprozess deutlich vereinfachen und den Materialpreis senken.
"Experimente haben gezeigt, dass unsere Granatapfel-inspirierte Anode selbst nach 1.000 Ladezyklen noch bei 97 Prozent Kapazität arbeitet", erklärt Yi Cui, Professor für Materialforschung an der Stanford University und dem benachbarten SLAC National Accelerator Laboratory. Diese Langlebigkeit macht die Anode auch kommerziell interessant, ganz abgesehen von der zehnfachen Kapazität. An der Anode, der negativen Elektrode einer Batterie, wird beim Ladevorgang die Energie gespeichert. Silizium kann dabei deutlich mehr aufnehmen als Graphit, allerdings leidet es dabei. Beim Aufladen dehnt sich das Material bis aufs Dreifache, zieht sich später wieder zusammen und wird spröde. Das lässt sich vermeiden, wenn man die Teilchen zu Nanopartikeln schrumpft, allerdings nehmen sie dann für Elektroden zu wenig Volumen ein. Und obendrein reagiert Silizium mit dem Elektrolyt, der leitfähigen Flüssigkeit der Batterie - die dabei entstehende Schmiere umhüllt die Anode und senkt ihre Leistungsfähigkeit noch weiter.
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