Materialwissenschaft
28.09.2021, 15:40 Uhr
Akku mit zehnfacher Energiedichte realisiert
Forscher der University of California in San Diego haben einen Akku entwickelt, der eine zehn mal höhere Energiedichte aufweist. Hauptkomponenten sind ein Festkörperelektrolyt und eine Siliziumanode.
Sand: Rohstoff für die Silizium-Herstellung
(Quelle: Armennano/Pixabay)
Mit zwei einschneidenden Veränderungen gegenüber der klassischen Lithium-Ionen-Batterie haben Forscher der University of California in San Diego einen neuartigen Akku entwickelt, über dessen Leistung sie selbst überrascht waren. Statt eines flüssigen Elektrolyten haben sie einen keramischen eingesetzt, was eine Entzündung oder gar Explosion unmöglich macht. Zudem tauschten sie die Graphit-Anode gegen eine Elektrode auf reiner Siliziumbasis aus. Das verzehnfacht die Energiedichte.
Lebensdauer deutlich verlängert
Siliziumanoden lagen bisher nicht im Fokus der Entwicklung von besseren Batterien, weil sie sich ausdehnen und wieder zusammenziehen, wenn sich die Batterie lädt und entlädt. Zudem löst sie sich mit der Zeit im flüssigen Elektrolyten auf - beides Phänomene, die die Lebensdauer entscheidend verringern. Mit einem festen Elektrolyten ist diese Gefahr gebannt.
Wie sie das Problem Ausdehnung/Schrumpfung gelöst haben, verraten die Forscher um Shirley Meng jedoch kaum. Nur so viel: Sie verwenden Mikro- statt Nanosilizium und entziehen diesem auch den letzten Rest an Kohlenstoff. Anzunehmen ist, dass der Festkörperelektrolyt dazu beiträgt, die Siliziumbewegung eng zu begrenzen, sodass sie länger hält.
80 Prozent Kapazität nach 500 Zyklen
Die Kapazität der von Mengs Team hergestellten Festkörperbatterie lag nach 500 Lade- und Entladezyklen noch bei 80 Prozent, ein relativ guter Wert für den Anfang. Die Weiterentwicklung der Batterie zur Serienreife findet parallel bei Unigrid Battery, einer Ausgründung aus der Universität, und beim südkoreanischen Batteriehersteller LG Energy Solution statt.
«Der Festkörper-Silizium-Ansatz überwindet viele Einschränkungen in herkömmlichen Batterien», verdeutlicht Darren H. S. Tan. Der den Akku mitentwickelt und Unigrid gegründet hat. «Wir hoffen, die Marktnachfrage nach höherer volumetrischer Energie, niedrigeren Kosten und sichereren Batterien bald erfüllen zu können», fügt er hinzu.
«Mit den neuesten Erkenntnissen ist LG Energy Solution der Realisierung von Festkörper-Batterietechniken viel näher gekommen, was unsere Produktpalette erheblich diversifizieren würde», unterstreicht Myung-hwan Kim, Präsident und Chief Procurement Officer des Batterieherstellers, abschliessend.
