Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nano im Tank: UDE-Forscher entwickeln Batterien aus winzigen Partikeln

13.05.2011
Während sich am 16. Mai am runden Tisch von Kanzlerin Merkel auf dem Papier entscheidet, wie die Zukunft der Elektromobilität in Deutschland aussieht, arbeiten Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen (UDE) an der praktischen Umsetzung: Forscher des Center for Nanointegration (CeNIDE) produzieren Nanomaterialien, die den Energie-Inhalt von Lithium-Ionen-Batterien um 15 Prozent steigern und die Kosten dafür gleichzeitig um sieben Prozent senken.

Für ihren Einsatz in Elektrofahrzeugen müssen Batterien vor allem leicht sein und schnell viel Energie liefern. Deshalb stehen Batterien mit maximaler Leistung, häufigen Lade- und Entladezyklen sowie geringem Preis im Fokus der Forschung. Die besten Aussichten für deren Produktion bieten winzigste Partikel. Unter der Leitung von CeNIDE forscht das NanoEnergieTechnikZentrum (NETZ) daher an nanoskaligem Silizium-Kohlenstoff-Kompositmaterial für die Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien.

Höhere Speicherdichte und mehr Leistung

Lange Zeit fehlte es schlicht an ausreichenden Mengen von Nano-Material, um neue Technologien zu testen oder gar zu produzieren. Doch seit 2009 steht im Duisburger Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA) eine Anlage zur Herstellung kleinster Partikel mit definierten Eigenschaften im Kilogramm-Maßstab. So entstehen hier auch nanoskalige Siliziumpartikel, die CeNIDE-Forscher für die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterie verwenden: Eingebettet in eine Matrix aus Kohlenstoff verbessern die winzigen Silizium-Partikel in den Elektroden Speicherdichte und Leistung der Batterien.

„Wir sind optimistisch, dass wir innerhalb der nächsten zwei Jahre die wichtigsten Tests durchgeführt haben und dann in die Industrialisierung der Prozesse gehen können“, berichtet Prof. Dr. Christof Schulz, der mit über 50 Wissenschaftlern an dem Thema arbeitet. „In der Serienproduktion können wir dadurch nicht nur die Energiedichte der Batterien erhöhen, sondern auch die Kosten zusätzlich um sieben Prozent senken.“

Die Forschung an Lithium-Ionen-Batterien konzentriert sich derzeit darauf, die Kapazität dieser Speicher zu steigern, um längere Laufzeiten zu ermöglichen. Bisher dienen Graphit-Elektroden als die oben beschriebenen „Speicher“ für Lithium-Atome. Eine aussichtsreiche Alternative stellt Silizium dar, das bei gleichem Volumen deutlich mehr Lithium aufnehmen kann. Das Problem ist jedoch die damit zusammenhängende Volumenveränderung: Speichert eine Graphitelektrode Lithium, vergrößert sie sich um neun Prozent, im Fall einer Siliziumelektrode sind es 300 Prozent.

Nano-Silizium ist stabiler

Das Einlagern des Lithiums führt daher zu mechanischen Schäden an der Siliziummatrix, die auf Dauer zu einer Kapazitätsverringerung führen. Hier kommt nun der Vorteil des nanoskaligen Siliziums zum Tragen: Es ist aufgrund seiner geringen Größe und der Porosität der zusammenhängenden Partikel deutlich stabiler als sein makroskopisches Pendant. Ein Kompositmaterial aus Siliziumpartikeln, eingebettet in eine Matrix aus Kohlenstoff, kann daher Eigenschaften wie gute Leitfähigkeit, hohe Speicherdichte und Stabilität vereinen.

Bereits in der Vergangenheit konnten die Duisburger Forscher wesentliche Beiträge zur Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterien liefern. So arbeiteten die UDE-Wissenschaftler eng mit EVONIK an der Entwicklung eines keramischen Separators für Lithium-Ionen Batterien, der Temperaturen bis zu 700 Grad Celsius verträgt und damit wesentlich die Sicherheit der Batterien steigert. Hier spielt das Kleinste eben die größte Rolle.

Weitere Informationen: Prof. Dr. Christof Schulz, Tel: 0203/379-3995, Christof.Schulz@uni-due.de, http://www.uni-duisburg-essen.de/ivg/vg

Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/379-1456, birte.vierjahn@uni-due.de

Beate Kostka | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-duisburg-essen.de/ivg/vg

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Digitale Messtaster von WayCon – höchst präzise und vielseitig einsetzbar
14.11.2017 | WayCon Positionsmesstechnik GmbH

nachricht FAU-Forscher entwickeln neues Materialsystem für effiziente und langlebige Solarzellen
10.11.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

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: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte