Kerne im Akku: So stellt sich ein Künstler den Aufbau der Granatapfel-Batterie vor. (Bild: SLAC National Accelerator Laboratory)
Stanford – Die Natur in Form des Granatapfels dient Forschern der Universität Stanford und dem daran angeschlossenen SLAC National Accelerator Laboratory als Vorbild für verbesserte Lithium-Ionen-Akkus. Denn für höhere Kapazitäten geeignete Silizium-Anoden halten aktuellen, im Journal Nature Nanotechnology veröffentlichten Forschungsergebnissen zufolge entscheidend länger, wenn sie aus Nanopartikeln bestehen, die wie die Kerne eines Granatapfels angeordnet sind. Daraus ergibt sich grosses Potenzial für Anwendungen von Smartphones bis hin zu Elektroautos.
Stabilität durch den Kern
Silizium-Anoden sind für Lithium-Ionen-Akkus interessant, da sie zehn Mal mehr Energie speichern könnten als die derzeit üblichen Graphit-Anoden. Allerdings besteht das Problem, dass das Silizium durch das Aufladen schnell brüchig wird und die Kapazität des Akkus dadurch schnell sinkt. Eben dieses Problem kann der neue Aufbau lösen.
«Experimente haben gezeigt, dass unsere Granatapfel-inspirierte Anode auch nach 1.000 Ladezyklen bei 97 Prozent Kapazität arbeitet», betont Yi Cui, Professor für Materialforschung in Stanford. Das ist für kommerzielle Anwendungen wie eben Smartphone-Akkus absolut ausreichend.
Kommerzielle Nutzung noch weit
Um diese Kapazität zu erreichen, hat Cuis Team kohlenstoffummantelte Silizium-Nanopartikel wie die Kerne in einem Granatapfel angeordnet und dann in eine weitere Kohlenstoff-Schale eingebettet. Diese Schichten halten die Kern-Anordnung zusammen und leiten zugleich gut Strom. Ausserdem minimiert der Aufbau unerwünschte Reaktionen zwischen Silizium und dem Elektrolyt des Akkus.
Allerdings betont Cui, dass es noch zwei Hürden für die kommerzielle Nutzung gibt. Einerseits muss der Fertigungsprozess vereinfacht werden und andererseits bedarf es einer günstigen Quelle für Silizium-Nanopartikel. Ein heisser Kandidat dafür sind Reishülsen (pressetext berichtete). (pte/mc/ps)
