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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Neue Akkutechnik: Poröses Silizium statt Graphit



Mr.XaXa
29.11.2008, 20:48
Südkoreanische Wissenschaftler haben durch den Einsatz eines neuen Elektrodenmaterials die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkumulatoren verbessern können – allerdings wird es noch ein wenig dauern, bis die neuartigen Akkus im Handel zur Verfügung stehen. Die entscheidende Neuerung besteht darin, das klassischerweise eingesetzte Graphit durch poröses Silizium zu ersetzen. Das berichtet der österreichische Nachrichtendienst "pressetext". Das Forschungsteam um Jaephil Cho an der Hanyang University schuf dreidimensionale, hochporöse Siliziumstrukturen, mit denen sich eine höhere Speicherkapazität erzielen lässt als bei den bisherigen mit Graphit arbeitenden LiIon-Zellen. Damit stellen die Wissenschaftler eine neue Akku-Generation mit deutlich höherer Laufzeit in Aussicht, die für mobile Digitaltechnik wie Handys, Player, PDAs und Notebooks ebenso in Frage kommt wie beispielsweise für Elektrofahrzeuge – eben in allen Bereichen, für die man bislang herkömmliche LiIon-Zellen verwendet. Neben Lithium-Polymer-Zellen (LiPo) bilden diese derzeit die Königsklasse der Akkus: relativ teuer und in puncto Lade-Equipment anspruchsvoll, aber mit einem sehr guten Leistungsverhältnis bezogen auf Platzbedarf und Gewicht.

Wenn man einen Lithium-Akku lädt, werden die Ionen von der Kathode zur Anode verschoben. Silizium besitzt die richtige elektrochemische Affinität zu Lithium, sodass es schon lange als interessantes Anodenmaterial gegolten hat. Seine Leistungsfähigkeit erschien jedoch eigentlich zu groß: Silizium absorbiert so viele Ionen, dass die Anode beim Ladevorgang auf das bis zu Vierfache ihre Originalgröße anschwillt. Das hat zur Folge, dass das Material brechen kann. Nach nur wenigen Ladezyklen waren bisherige Siliziumanoden nicht mehr zu gebrauchen.


http://www.pichost.ru/out.php/t99082_akku.jpg (http://www.pichost.ru/show.php/99082_akku.jpg.html)
Unter dem Mikroskop zeigen die porösen Siliziumstrukturen der Hanyang University, warum sie das Ausdehnungsproblem bisheriger Silizium-Anoden entschärfen können.

Die Koreaner lösten das Problem durch ein besonderes Herstellungsverfahren. Sie nutzten Siliziumdioxid-Nanopartikel und ein auf Silizium beruhendes Gel als Ausgangsbasis für den Fertigungsprozess, woraus kohlestoffüberzogene Siliziumkriställchen in einer dreidimensionalen, hochporösen Struktur entstanden. Anoden aus diesem neuartigen Material zeigen eine hohe Ladekapazität und erlauben den Forschern zufolge schnelle Lade- und Entladevorgänge.

Ob leistungsfähigere Anoden allein schon für bessere Akkus stehen, muss sich in der Praxis erst noch erweisen. Allerdings arbeiten Forscher auch woanders bereits an alternnativen Materialien für Anode und Kathode. So zeigte im vergangenen Jahr ein Team von Materialwissenschaftlern an der Stanford University, wie sich mit Hilfe von Nanodraht-Elektroden die Kapazität von Lithium-Akkus mindestens verdreifachen lässt.

Zwar bilden auch die Silizium-Nanodrähte aus Stanford eine hervorragende Anode, doch die ebenfalls in Lithium-Akkus enthaltene Kathode könnte eine Aufrüstung noch deutlicher vertragen. Ein Akku mit einer "Super-Anode" nützt nichts, wenn es keine entsprechende Kathode gibt, die mehr Ladung abgeben kann.

Daher arbeiten mehrere Labors eifrig und parallel an neuen Materialien für Kathoden. "Das ist der heilige Gral in diesem Geschäft", sagte einer der beteiligten Forscher. Derjenige, der es schaffe, eine deutlich höhere Kathoden-Kapazität zu erreichen, liefere schließlich einen "riesigen Durchbruch für die Lithium-Batterietechnik". (bb/c't)

QUELLE (http://www.heise.de/newsticker/Neue-Akkutechnik-Poroeses-Silizium-statt-Graphit--/meldung/119292)