Wissenschaftler steigern Effizienz von Lithium-Ionen-Akkus um das Dreifache

Moderne Lithium-Ionen-Akkus sind noch nicht an dem physikalischen Limit anbelangt. Das zeigt jüngst erst wieder die gelungene Leistungssteigerung durch eine spezielle Anode aus Aluminium. Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben zusammen mit einem Team von der Tsinghua-Universität in Peking die herkömmlichen Graphit-Anoden von Lithium-Ionen-Akkus gegen eine Anode ausgetauscht, die vom Aufbau her einem Ei-Dotter gleicht, mit Nanokugeln und Aluminium gefüllt und drei Mal effektiver ist. Selbst nach 500 Schnelladezyklen konnten die Forscher keinen Kapazitätsverlust feststellen.

Aluminium mit besserer Speicherkapazität als Graphen

Die neue Anode ist mit einer Schale aus Titandioxid umgeben. Im Inneren befinden sich Nanokugeln, die wiederum mit Aluminium gefüllt sind. Der Kern der Konstruktion ist losgelöst von der Schale, so dass dieser sich entsprechend großzügig ausdehnen und zusammenziehen kann, ohne die Schale und damit ganzheitlich die Form der Anode zu verändern. Aluminium dehnt sich schließlich beim Laden und Entladen stark aus beziehungsweise zieht sich zusammen. Durch die Ei-Lösung kann das kompensiert werden. Schließlich wollten sich die Forscher die Positive Eigenschaft von Aluminium, nämlich die gute Speicherkapazität, zu Nutze machen. Herkömmliche Graphit-Anoden beinhalten dem Bericht der Forscher zufolge eine Speicherkapazität von 0,35 Amperestunden pro Gramm (Ah/g). Aluminium ist jedoch in der Lage bis zu bis zu 2 Ah/g zu speichern. Die Titanoxid-Schale bewirkt zudem, dass der flüssige Elektrolyt vom Aluminium stets getrennt wird. Käme es zu einem Kontakt, würde sich beim Laden und Entladen immer wieder eine Haut bilden, die abgetrennt wird, sich aber wieder neu bildet und auf Dauer dafür sorgt, dass die Akkuleistung sich verschlechtert.

Insgesamt konnte ein Lithium-Ionen-Akku mit der neuen Anode eine Kapazität von 1,2 Ah/g, also das Dreifache von der eines Akkus mit Graphit-Anode, aufweisen. Die Forscher schreiben im Fachmagazin „Nature Communications“ über die neue Anode. Wann das neue System in Serie produziert werden kann, ist bisher noch nicht bekannt. Allerdings sei die Herstellung unproblematisch und die Materialien auch relativ günstig. Das klingt vielversprechend.