Forscher des Rensselaer Polytechnic Institute haben eine neue Elektrode entwickelt, die eine Schnellladung von Akkus für Notebooks, Smartphones oder E-Autos und gleichzeitig eine hohe Energiedichte ermöglicht. In einem herkömmlichen Lithium-Ionen-Akku, wie er in heutiger Hardware zu finden ist, besteht die Anode, eine der beiden Elektroden, aus Graphit, die andere, die Kathode, aus Lithium-Kobaltoxid.
Verzicht auf Kobaltoxid
Experte Nikhil Koratkar hat Kobaltoxid im klassischen Kathodenmaterial durch Vanadiumdisulfid ersetzt. "Das erhöht die Energiedichte und beschleunigt den Ladevorgang, weil es elektrisch sehr gut leitet", sagt Koratkar. Dass Vanadiumdisulfid das Potenzial hat, Lithium-Ionen-Akkus zu verbessern, ist bekannt. Doch alle, die versuchten, es zu nutzen, scheiterten bislang an der Instabilität des Werkstoffs, die die Lebensdauer derartiger Energiespeicher unzumutbar stark verkürzte.
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Koratkar und sein Team, zu dem auch Physikprofessor Vincent Meunier gehört, fanden nicht nur den Grund für die Instabilität des Materials heraus, sondern auch ein Mittel dagegen. Die Instabilität hat ihre Ursache in einer Asymmetrie, die dadurch entsteht, dass sich die Abstände zwischen den Vanadium-Atomen verändern. Dies wird als Peierls-Instabilität bezeichnet. Das verhinderten die Forscher, indem sie die Vanadiumdisulfid-Teilchen mit einer nanometerdicken Schicht aus Titandioxid einhüllten. "Diese Hülle hält die Teilchen zusammen, sodass sie sich nicht mehr bewegen können", so Koratkar.
Überraschende Entdeckungen
Als das Problem gelöst war und die US-Wissenschaftler die ersten Elektroden aus dem beschichteten Material und Lithium hergestellt hatten, machten sie eine weitere überraschende Entdeckung. Die so hergestellten Akkus zeichneten sich durch eine hohe Kapazität aus, konnten also besonders viel Strom speichern. Als sie den Energiespeicher immer wieder entladen haben und im Schnellgang wieder aufluden, machten sie noch eine Entdeckung. Die Kapazität verringerte sich kaum, im Gegensatz zu jener von klassischen Lithium-Ionen-Akkus. Jetzt fehlt nur noch eines: Eine wirtschaftliche Produktionstechnik zur Massenherstellung.
(Wolfgang Kempkens, pressetext.de)