Mehr Strom pro Kubikmeter
In diversen Anwendungsbereichen ist es wichtig, die Kapazität von Akkus zu steigern. „Mit herkömmlichen Lithium-Ionen Batteriematerialien sind heute nur noch geringe Verbesserungen zu erwarten“, sagt Maximilian Fichtner, Leiter der Gruppe Energiespeichersysteme am INT. Sein Team setzt daher auf Eisen-Kohlenstoff-Materialen. Diese haben eine relativ hohe spezifische Kapazität, können also mehr Strom auf gleichem Raum speichern. Allerdings neigen diese Materialien dazu, beim Be- und Entladen eines Akkus schnell an Speicherkapazität einzubüßen.
Daher hat das Team um den Chemiker Maximilian Fichtner einen neuen Ansatz zur Synthese von Eisen-Kohlenstoff Speichermaterialien entwickelt. Sie vermischen unterschiedliche Ausgangsmaterialien mit einem Lithiumsalz und erwärmen das Gemisch. So entsteht eine komplett neue Nanostruktur, die zusätzlich von Kohlenstoffdrähten durchzogen ist – also praktisch nanoskalige Speichereinheiten und Leiterbahnen in einem Schritt. „Die Herstellung ist einfach und kostengünstig und die hohe Kapazität der Eisen-Kohlenstoffelektrode bleibt sehr lange erhalten“, betont Fichtner.
Hält entscheidend länger
Das entstandene Material kommt in der Kathode eines Akkus zum Einsatz. Schon jetzt kann es doppelt so viel Strom speichern wie derzeit gängige Elektrodenmaterialien. Doch laut Fichtner kann die Speicherdichte sogar um einen Faktor Fünf gesteigert werden, wenn es gelingt, das volle Potenzial des Materials auszuschöpfen. Daran arbeiten die Forscher jetzt. „Wir glauben, dass es um die noch bessere Kontrolle der Mikrostruktur geht“, meint der Chemiker.
Zu den denkbaren Anwendungsgebieten des Materials zählen Handy- oder Laptop-Akkus ebenso wie Elektroauto-Batterien. Hier würde eine fünfmal höhere Kapazität letztlich bedeuten, dass das Fahrzeug mit einer Ladung fünfmal weiter fahren kann. Das wäre ein entscheidender Durchbruch, gilt doch die geringe Reichweite als eine der entscheidenden Hürden für Elektroautos (Quelle: Pressetext).