Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Selbstheilende Elektrode macht Akkus langlebiger

19.11.2013
Spezielle Polymer-Beschichtung verhindert schnellen Silizium-Zerfall

Forscher der Universität Stanford und dem daran angeschlossenen SLAC National Accelerator Laboratory haben die erste selbstheilende Elektrode für Lithium-Ionen-Akkus entwickelt. Eine flexible Polymer-Beschichtung dient dabei dazu, den unvermeidlichen Verfall einer Silizium-Elektrode deutlich zu bremsen.


Akku-Prototyp: hält entscheidend länger
(Foto: slac.stanford.edu/Brad Plummer)

"Wir haben festgestellt, dass Silizium-Elektroden zehn Mal länger halten, wenn sie mit dem selbstheilenden Polymer beschichtet sind", sagt Zhenan Bao, Professorin für Verfahrenstechnik in Stanford. Die Entwicklung könnte für Geräte von Smartphones bis hin zu Elektroautos interessant sein.

Natur als Vorbild

"Selbstheilung ist sehr wichtig für das Überleben und lange Lebensdauern bei Tieren und Planzen", meint Stanford-Postdoc Chao Wang. Eben dieses Prinzip wollte man für die heute weit verbreiteten Lithium-Ionen-Akkus umsetzen. Denn bei solchen Batterien gelten Elektroden - speziell Anoden - aus Silizium als guter Ansatz für hohe Kapazitäten, doch ist ihre Lebensdauer ein Problem. Denn Silizium-Elektroden schwellen beim Aufladen stark an und werden beim Entladen wieder kleiner, wodurch sie relativ schnell brüchig werden. Durch den Zerfall der Elektrode verliert ein Akku entsprechend schnell Kapazität.

Eben hier setzt die neue Beschichtung an - ein selbstheilendes Polymer, das für diese Anwendung mit Kohlenstoff-Nanoteilchen versetzt ist, damit es Strom leitet. Wie das Team in Nature Chemistry berichtet, macht sie Anoden aus relativ günstigen Silizium-Mikropartikeln deutlich langlebiger.

Denn die flexible Beschichtung schließt effektiv kleine Risse, die in der Elektrode entstehen. Ein Akku-Prototyp hat so 100 Ladezyklen ohne nennenswerten Kapazitätsverlust überstanden. "Das ist noch weit vom Ziel der 500 Zyklen für Smartphones und 3.000 Zyklen für Autos entfernt", meint zwar Stanford- Materialforscher Yi Cui. Doch die bisherigen Ergebnisse seien vielversprechend.

Praktikable Lösung

Denn wenngleich unter anderem ein Team um Cui schon seit längerem an Methoden arbeitet, Silizium-Elektroden langlebiger zu machen, erfordern diese oft exotische Materialien oder Herstellungsverfahren, die nur schwer in großem Maßstab umzusetzen sind. Die neue selbstheilende Elektrode ist Cui zufolge daher der erste Ansatz, der wirklich praktikabel erscheint. Um ihn wirtschaftlich möglichst attraktiv zu machen, will das Team nun Performance und Lebensdauer der selbstheilenden Silizium-Anode weiter steigern. Zudem gehen die Forscher davon aus, dass der Ansatz auch für andere Elektroden-Materialien geeignet ist.

Video: http://www.youtube.com/watch?v=ZwacIv63XcE

Thomas Pichler | pressetext.redaktion
Weitere Informationen:
http://slac.stanford.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher entwickeln effizientere Systeme für Brennstoffzellen und Kraft-Wärme-Kopplung
19.04.2017 | EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V.

nachricht Forscher entwickeln Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien aus Lignin aus der Zellstoffherstellung
18.04.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

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: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI mit neuesten VR-Technologien auf der NAB in Las Vegas

24.04.2017 | Messenachrichten

Leichtbau serientauglich machen

24.04.2017 | Maschinenbau

Daten vom Kühlgerät in die Cloud

24.04.2017 | HANNOVER MESSE