Akkutechnik: Neuartige Silizium-Anode

[at] Eine neuartige Anode aus Silizium könnte Lebensdauer und Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus erhöhen.

Wissenschaftler der Universität Waterloo haben eine neuartige Anode aus Silizium hergestellt, die zu kleineren, leichteren und langlebigeren Akkus für alle Arten von Geräten führen könnte.

Die bisher verwendeten Anoden aus Graphit besitzen eine Kapazität von etwa 3700 mAh je Gramm. Eine Silizium-Anode hingegen ist in der Lage bis zu 4.200 mAh je Gramm zu speichern.

Die Tücken der Materie

Jedoch ist diese Technik auch nicht ganz ohne Tücken: Silizium reagiert mit dem in der Akkuzelle enthaltenen Lithium, es dehnt sich dabei bis zu 300 % des ursprünglichen Volumens aus und zieht sich wieder zusammen. Das führt zu Rissen im Material und verringert nach und nach die Akkukapazität, bis hin zu Kurzschlüssen und dem entgültigen Ausfall der betroffenen Zelle. Im Bemühen, diesen Effekt zu minimieren, wurden bisher Anoden mit schwammartiger Struktur, nanofeinen Siliziumfäden oder einem Materialmix aus Graphen und Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet.

Neuer Ansatz: Innovativer Materialmix

Die Forscher der Uni Waterloo fanden einen anderen Ansatz zur Lösung des Problems: Sie modifizierten die Struktur der Anode durch die Entwickelung einer von ihnen so genannten „robuste Nanonarchitektur“, die durch die chemische Reaktion zwischen mit Schwefel dotiertem Graphen, Nanopartikeln aus Silizium und zyklischem Polyacrylnitril entsteht.

Während der Tests dieser „robusten Nanoarchitektur“ konnte beobachtet werden, dass die Ausdehnung der Anode durch einen geringeren Kontakt zum Lithium verringert und damit die Stabilität erhöht wurde.

Außerdem soll dass neue Anodenmaterial zu einer Kapazität von mehr als 1.000 mAh/g über eine Lebensdauer von mehr als 2.275 Zyklen führen. Zum Vergleich: Die bisher gebräuchlichen Graphit-Anoden besitzen im Schnitt eine Lebensdauer von nur etwa 500 Zyklen.