Silizium für mehr Akkukapazität: Durchbruch bei Technologie erzielt

Lithium-Ionen-Akkus werden immer besser. Sie kommen in unseren Smartphones vor, in Wearables und auch in E-Autos. Forscher tüfteln unentwegt an der Zusammensetzung dieser Akkus, um sie noch schneller laden und noch mehr Energie speichern zu können.

Einen großen Einfluss auf die Leistung eines Akkus hat das Material der Anode (die Elektrode, die beim Entladen Elektronen abgibt und beim Laden Elektronen aufnimmt). Diese besteht für gewöhnlich aus Kupfer, das mit Kohlenstoff beschichtet ist. Akkus mit solchen Kohlenstoffanoden haben eine maximale Energiedichte 372 mAh/g. Mischt man allerdings Silizium bei, erhöht sich die Energiedichte.

Solche Silizium-Kohlenstoff-Batterien gibt es bereits, die ersten Modelle werden bereits in Smartphones verbaut. Dadurch können die Smartphones entweder länger betrieben werden, oder bei gleicher Laufleistung dünner gebaut werden.

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Ein Problem bei Siliziumanoden ist allerdings, dass sie sich ausdehnen, wenn sie Lithium-Ionen aufnehmen. Dadurch kann die Elektrode brechen und der Akku funktioniert nicht mehr. Um das zu verhindern, wurde bisher eine Mischung aus Kohlenstoff und Silizium für die Anode verwendet.

Die meiste Energiedichte hätte natürlich ein Akku mit 100-prozentiger Siliziumanode. Damit sich diese nicht ausdehnt, musste bisher hoher Druck in der Größenordnung von einem Megapascal (0,1 kg/mm2) auf die Batterie ausgeübt werden. Das entspricht bei der Größe einer handelsüblichen Smartphone-Batterie mehr als 500 Kilogramm.

Durchbruch von niederländischem Unternehmen

Dem niederländischen Unternehmen LeydenJar ist nun allerdings ein Durchbruch gelungen. Sie konnten eine Akkuzelle mit einer 100-prozentigen Siliziumanode herstellen, die 500 Ladezyklen ohne Ausdehnung aushielt - ganz ohne Druck von außen. Die Energiedichte beträgt dabei 1.350 Wh/l bzw. 390 Wh/kg. Zum Vergleich: Die 4680-Batteriezelle von Tesla hat eine Energiedichte von 626 Wh/l bzw. 233 Wh/kg.

Nach 500 Zyklen, also 500 Ent- und Aufladungen, konnte der niederländische Akku immer noch 80 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität aufweisen. Nach 700 Zyklen lag die Kapazität immerhin noch bei 70 Prozent der ursprünglichen Kapazität.

Neue Akku-Generation für Endgeräte

Durch die Technologie von LeydenJar sei es möglich, die Kapazität von Akkus um 50 Prozent zu erhöhen, wie das Unternehmen in einer Aussendung angibt. "Wir sind sehr stolz auf diesen Durchbruch und das Potenzial, das er für die Zukunft der Energiespeicherung eröffnet", sagt Christian Rood, CEO von LeydenJar. "Wir freuen uns darauf, mit Herstellern zusammenzuarbeiten, um Batterien der nächsten Generation mit Siliziumanoden als Kernstück zu produzieren."

In einem Interview aus dem Vorjahr gibt Rood dem Magazin Zag Daily einige Anwendungsbeispiele. Man arbeite etwa mit Drohnenentwicklern zusammen, da die Anoden in der Batterie 10 Mal dünner und dadurch auch leichter als der Industriestandard seine. Zudem könnten sie in nur 6 Minuten von 0 auf 80 Prozent geladen werden. Auch mit einigen E-Autobauern sei man im Gespräch.