Akkuoptimierung aus dem Meer
Ein natürliches Bindemittel, das bislang in Eiscreme oder Kosmetika verwendet wird, könnte Lithium-Ionen-Zellen mehr Kapazität verschaffen.
Forscher am Georgia Institute of Technology und an der Clemson University haben ein neues Verfahren gezeigt, mit dem Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) pro Zelle bis zu zehnmal mehr Energie speichern könnten. Die Idee nutzt ein bereits bekanntes Material aus der Natur, berichtet Technology Review in seiner Online-Ausgabe.
Li-Ion-Akkus könnten deutlich leistungsfähiger sein, wenn es möglich wäre, Silizium- statt Graphit-Anoden zu verwenden. Doch das ist bislang nicht realisierbar, weil solche Anoden sich während der Lade- und Entladezyklen zu schnell zersetzen würden.
Mit einem neuen Zusatzstoff könnte sich das ändern. Es handelt sich dabei um ein häufig verwendetes Bindemittel, das auch als Lebensmittelzusatz genutzt wird. Es wird aus Seetang und Algen gewonnen und gehört zur Klasse der sogenannten Alginate. Mit dem Material würden, so die Forscher, Li-Ion-Akkus nicht nur effizienter, sondern könnten sich auch umweltfreundlicher und billiger herstellen lassen.
Das Polymer-Alginat wird aus Braunalgen gewonnen, darunter ist auch jener Typus, der im Meer riesige Seetangwälder bildet. Anfangs dachten die Forscher, das bislang in Li-Ion-Akkus verwendete Bindemittel PVDF durch eine Kombination verschiedener Materialien zu ersetzen. Nach etwas Theoriearbeit zeigte sich dann aber, dass ein Polymer mit der richtigen einheitlichen Struktur alles notwendige leisten könnte. Neben einer guten strukturellen Unterstützung der restlichen Bestandteile darf es unter anderem nicht zu chemischen Reaktionen mit Elektrolyt kommen. Bei Alginaten ist das der Fall.
Das volle Potenzial der Silizium-Anode mit Alginat lässt sich allerdings erst dann nutzen, wenn es der Forschung gelingt, eine passende Kathode zu entwickeln, die mit der gleichen Menge an Lithium-Ionen zurechtkommt wie die Anode. Doch selbst mit existierenden Kathoden könnten Alginat-basierte Anoden die Kapazität erhöhen. Das ist dann nicht ganz so spektakulär wie eine Verzehnfachung – um bis zu 40 Prozent –, wäre aber noch immer ein echter technischer Durchbruch, glauben die Wissenschaftler.
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(bsc)
