Lithium-Ionen-Akkus mit zehnfacher Laufzeit

Cui spricht von einer revolutionären Entwicklung und betont die praktischen Anwendungsmöglichkeiten verbesserter Lithium-Ionen-Akkus. Als Beispiel dient ein Laptop-Computer, der derzeit eine Batterielaufzeit von zwei Stunden hat. Mit einem Akku, der die neue Entwicklung nutzt, seien 20 Stunden Batteriebetrieb vorstellbar. Das wäre etwa für interkontinentale Geschäftsreisen ein großer Vorteil. Cui vertritt die Ansicht, dass die Kapazitätserweiterung der Lithium-Ionen-Akkus diese auch für Elektroautos oder als Zwischenspeicher für Solarenergie attraktiv machen könne.

Grundsätzlich wird die Ladekapazität von Lithium-Ionen-Akkus dadurch begrenzt, wie viel Lithium die Anode des Akkus beim Aufladen aufnehmen kann. Derzeit kommt als Material meist Kohlenstoff zum Einsatz, wie Kuzmany bestätigt. Cuis Team zufolge hat Silizum eine deutlich höhere Aufnahme-Kapazität. Allerdings dehne sich Silizium bei der Lithium-Aufnahme um rund einen Faktor vier aus, um beim Entladen des Akkus wieder zu schrumpfen. Dieses Expandieren und Schrumpfen im Ladezyklus hat bei Versuchen etwa mit Silizium in Dünnfilm-Verarbeitung schnell zu Pulverisierung und damit Kapazitätsverlust geführt. Dieses Problem habe Cuis Team jetzt durch eine Verarbeitung des Siliziums in Form von Nanodrähten gelöst, diese blieben im Lade-Entlade-Zyklus stabil. "Das ist eine sehr interessante und wichtige Sache, sowohl technologisch als auch wissenschaftlich", meint dazu Hans Kuzmany von der Fakultät für Physik der Universität Wien im Gespräch. „Die Drähte haben wegen ihrer kleinen Durchmesser offensichtlich die Eigenschaft, dass die Lithium-Ionen besser aus- und eintreten können", kommentiert Kuzmany die Lösung.

Ein Beitrag mit den genauen Forschungsergebnissen von Cui, seiner Mitarbeiterin Candace Chan und fünf weiteren Forschern wurde am 16. Dezember bei Nature Nanotechnology unter dem Titel "High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires" veröffentlicht.