Recycelte Solarzellen verleihen Lithium-Akkus mehr Kapazität

Ausgediente Solarzellen könnten künftig ein zweites Leben in Akkus bekommen. Chinesische Forscher recycelten das Silizium darin, um es an der Anode einzusetzen. 

Derzeit wird dafür meist Graphit verwendet. An Silizium-Anoden wird bereits länger geforscht, da sie eine höhere Energiedichte als jene mit Graphit liefern könnten. Die große Herausforderung ist aber, dass Silizium während des Ladens erst stark aufquillt und dann wieder an Volumen verliert. So wird die Anode bereits nach wenigen Ladezyklen brüchig und geht kaputt. 

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Schutzschicht hält Siliziumpartikel zusammen

Die Forscher verwendeten für die Anode mikrometergroße Siliziumpartikel. Damit sie stabil bleibt, kommt ein besonderer Elektrolyt zum Einsatz. Dessen Zusammensetzung aus Lithiumhexafluorophosphat, 1,3-Dioxan und dem Lösungsmittel 1,2-Diethoxyethane sorgt dafür, dass sich eine Art Schutzhülle um das Silizium bildet. 

Diese Festkörper-Elektrolyt-Interphase (SEI) ist normalerweise brüchig, durch den Elektrolyten wird sie aber zweischichtig. Dabei bleibt sie flexibel, ist aber robust genug, um zerbrechende Siliziumpartikel zusammenzuhalten. 

Hohe Energiedichte

Zudem soll sich die Ionenleitfähigkeit dadurch verbessern und Nebenreaktionen werden verringert. So überstanden die 80 Ladezyklen unter harschen Laborbedingungen. Sie lieferte eine Energiedichte von 340,7 Wh pro kg. Zum Vergleich: Ein Tesla-Akku hat eine Energiedichte von 240 bis 300 Wh/kg. 

Kapazität nach 200 Ladezyklen noch über 80 Prozent

Das sorgte in Tests für eine hohe elektrochemische Stabilität. Die sogenannte „Coulomb Effizienz“ liegt laut den Wissenschaftlern bei 99,94 Prozent. Damit ist gemeint, wie viel Kapazität ein Akku nach einem vollen Lade- und Entladezyklus noch hat. 

Nach 200 Ladezyklen hat der Akku noch 83,13 Prozent seiner Kapazität. Typische Ladezyklen für Lithium-Ionen-Akkus liegen bei 500-800 Ladezyklen, bei E-Autos sind es oft 1.000. Das richtet sich nach der verbleibenden Kapazität, oft liegt sie dann unter 70 Prozent. 

Nachhaltige Wiederverwertung wertvoller Materialien

„Die nachhaltige Beschaffung von Silizium aus ausrangierten Solarmodulen verringert sowohl die wirtschaftlichen als auch die ökologischen Auswirkungen von Photovoltaikabfällen“, sagt Dong Tiantian, einer der Studienautoren, in einem Statement. 

Die Abfälle in wertvolle Batteriekomponenten umzuwandeln, würde zudem die Kosten für Lithium-Ionen-Akkus senken und ihre Verfügbarkeit erhöhen. Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachmagazin Nature Sustainability veröffentlicht.