Neue Batterie erhöht Reichweite von E-Autos erheblich

In der Fachzeitschrift ACS Applied Energy Materials haben die Entwickler vom Advanced Technology Institute (ATI) der University of Surrey vor Kurzem eine Lithium-Ionen-Batterieanode vorgestellt, die weitaus mehr Strom speichern kann als heute genutzte Elektroden. Zudem bleibt sie über Hunderte von Ladezyklen hinweg stabil.

Silizium ist besser, aber instabil

Lithium-Ionen-Batterien versorgen einen Grossteil moderner Geräte mit Strom – von Smartphones und Wearables bis hin zu Elektrofahrzeugen. Graphit ist das am häufigsten verwendete Anodenmaterial. Silizium wäre besser geeignet, weil es eine weitaus grössere Kapazität hat. Doch im Gegensatz zu Graphit ist dieses Material nicht stabil. Es dehnt sich beim Laden aus, was dazu führt, dass es mit der Zeit Risse bekommt und seine Funktionsfähigkeit verliert.

Um das zu verhindern, entwickelte das Forscherteam eine «Vertically Integrated Silicon–Carbon Nanotube» (VISiCNT) genannte Struktur. Bei diesem Design wachsen dichte Wälder aus Kohlenstoffnanoröhrchen auf einer Kupferfolie. Den oberen Abschluss bildet eine dünne Siliziumschicht, sodass ein flexibles, leitfähiges Gerüst entsteht, das die Ausdehnung auffangen kann, ohne Risse zuzulassen.

Die so entstandene Anode kann im Verhältnis zu ihrem Gewicht eine sehr grosse Energiemenge speichern: Rund 3500 Milliampere-Stunden pro Gramm (mAh/g), das ist nahe am theoretisch erreichbaren Maximum für Silizium. Bei Batterien mit Graphit-Anode sind es gerade mal 370 mAh/g.

Lebensdauer nicht beeinträchtigt

«Der Druck zur Innovation bei Batterien nimmt zu, da viele der heutigen Anwendungen durch die begrenzte Energiespeicherkapazität wenig attraktiv sind», sagt Muhammad Ahmad, wissenschaftlicher Mitarbeiter am ATI. «Unser VISiCNT-Design nutzt die enorme Speicherkapazität von Silizium, ohne die Lebensdauer der Batterie zu beeinträchtigen.»

«Unsere Technologie hat klares Potenzial nicht nur für Elektrofahrzeuge, sondern auch für Netzspeicher und kleinere Batterien, die in der Mikroelektronik verwendet werden», sagt Ravi Silva, Professor für Nanoelektronik und Direktor des ATI. «Wir können Kohlenstoffnanoröhrchen schnell auf Kupferfolie wachsen lassen und mit Silizium beschichten. Das bedeutet, dass diese Technik leicht in bestehende Batterieproduktionslinien integriert werden kann.» (pressetext.com)