Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lithium-Ionen-Akkus um Faktor Zehn verbessert

17.11.2011
Forscher steigern Kapazität und Ladegeschwindigkeit dramatisch

Wissenschaftlern der Northwestern University ist ein Durchbruch in der Batterieforschung gelungen. Eine neuartige Elektrode erlaubt es Lithium-Ionen-Batterien, in Zukunft zehn Mal länger ihre Spannung zu halten. Gleichzeitig verringert sich die Zeit, die zum Aufladen benötigt wird, auf ein Zehntel. Schon in drei bis fünf Jahren könnte die Erfindung auf den Markt kommen.

Entwicklung überzeugt im Dauereinsatz

Wenn man Smartphones in Zukunft nur noch einmal pro Woche aufladen muss und dafür nur noch eine Viertelstunde benötigt, könnte das an jenem entwicklerischen Meilenstein liegen, den die Masterminds der in Illinois gelegenen Universität nun gelegt haben. Um diese beeindruckende Steigerung der Eigenschaftden der weit verbreiteten Akkus zu erreichen, kombinierten sie das Wissen aus zwei Forschungsansätzen der Chemietechnik.

Harold H. Kung, führender Autor des im "Advanced Energy Materials"-Journal veröffentlichten Papers, erklärt, dass die neuen Batterien auch im Dauereinsatz überlegen sind. "Auch nach 150 Ladevorgängen, was einer Verwendung von einem Jahr oder mehr entspricht, ist so ein Lithium-Ionen-Akku immer noch fünf Mal effektiver als jene, die heute im Handel erhältlich sind."

Lange Reise durch das Graphen

Li-Ion-Energiespeicher werden über eine chemische Reaktion ge- und entladen, durch die Lithiumionen zwischen den beiden Polen der Batterie hin- und hergeschickt werden. Dies bringt zwei Limitationen mit sich. Zum einen ist die Kapazität - der Zeitraum über welchen die Batterie die Spannung halten kann - abhängig von der Aufnahmefähigkeit von Anode und Kathode. Zum anderen entscheidet die Geschwindigkeit, in der die Ionen den Weg von einem Pol durch das Elektrolyt zum anderen Pol zurücklegen, über die Zeit, die zum Wiederaufladen benötigt wird.

Der negative Pol herkömmlicher Akkus besteht aus mehreren Schichten Graphen. Diese können nur ein Lithium-Atom je sechs Kohlenstoffatomen aufnehmen. Dazu verlangsamen die nur eine Atomschicht dicken, jedoch enorm langen Graphenblätter die Reise der Ionen zu ihrer Mitte, was in der Folge zu einem "Stau" an deren Rändern führt.

Silikon-Sandwiches als Schlüssel

Verschiedene Wissenschafter haben bereits mit Silikon als Ersatzmaterial experimentiert. Dieses kann theoretisch vier Lithium-Teilchen pro Atom beherbegen, dehnt sich jedoch beim Be- und Entladen rapide aus, was zur Fragmentierung und zum schnellen Verlust der Ladekapazität führt.

An der Northwestern University hat man nun beide Zugangsweisen kombiniert: In der neuentwickelten Batterie stecken "Silikon-Sandwiches" zwischen den Graphenschichten. Dies hält die Volumsveränderungen des Silikons in Grenzen und erhöht die Aufnahmekapazität deutlich. Kleine Löcher im Graphen, die einen Durchmesser von zehn bis 20 Nanometer aufweisen und über ein Oxidationsverfahren herbeigeführt werden, ermöglichen es den Lithium-Ionen, Abkürzungen zu nehmen und verbessern die Ladezeit dramatisch. "Jetzt haben wir fast das Beste aus beiden Welten", so Kung.

Batterie soll sich selbst ausschalten

Bisher konzentrierten sich die Forscher ausschließlich auf die Anode, nun wollen sie die Vorgänge in der Kathode unter die Lupe nehmen, um weitere Verbesserungsmöglichkeiten zu entdecken. Sie arbeiten zudem an einem Elektrolyt-System, das Akkus dazu bringen soll, sich bei Überhitzung automatisch abzuschalten, ohne dabei funktionsuntüchtig zu werden. Nach Angaben des Forscherteams könnte die "zehnfach bessere" Batterie schon in drei bis fünf Jahren auf dm Markt erhältlich sein.

Georg Pichler | pressetext.redaktion
Weitere Informationen:
http://www.northwestern.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Energieproduzierende Fenster stehen kurz bevor
23.02.2017 | University of Minnesota / Università degli Studi di Milano-Bicocca

nachricht Hauchdünn wie ein Atom: Ein revolutionärer Halbleiter für die Elektronik
23.02.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie