Ein neues Herstellungsverfahren für Lithium-Ionen-Akkus

Der Forscher Yi Cui von der Stanford University hat ein Verfahren vorgestellt, mit dem sich die Ladezyklen von Lithium-Akkus möglicherweise um das Zehnfache steigern lassen.
Zellen von Lithium-Ionen-Akkumulatoren bestehen aus einer Anode aus Lithium und Metalloxid und einer beispielsweise aus Graphit gefertigten Kathode. Wenn Strom an die Zelle angelegt wird, wandern die Ionen durch eine Trennschicht an die Kathode. Beim Betrieb (d.h. Entladen) des Akkus wandern innerhalb der Zelle die Ionen von der Kathode zur Anode zurück und im Stromkreis außerhalb der Zelle die Elektronen von der Kathode zu Anode. Die Leistungsfähigkeit solcher Zellen ist dadurch beschränkt, wie viel Ionen die Kathode aufnehmen kann. Es kommt also auf das Material der Kathode an. Neben Graphit kann Silikon in Li-Ionen-Akkus eingesetzt werden. Dieses hat jedoch den Nachteil, dass es bei Ent- und Beladevorgängen sein Volumen um ein Vielfaches ändert. Daher wären zum Beispiel sehr viel größere Akkuzellen als bei der Verwendung von Graphit nötig, ein zum Beispiel bei mobilen elektronischen Geräten wie Laptops entscheidender Nachteil. Außerdem wird bei der Volumenänderung ein Teil des Materials pulverisiert, woraus sich eine sehr kurze Lebenszeit des Akkus ergibt. Ein Team um Yi Cui von der kalifornischen Stanford University hat nun in der Zeitschrift Nature Nanotechnology eine mögliche Lösung dieses Problems durch die Verwendung von Nanotechnologie vorgestellt. Cui veränderte die Verarbeitung des Siliziums in den Speicherzellen. Er verwendete Drähte aus Silizium, deren Durchmesser im Nanometerbereich liegt. Versuche zeigten nun, dass das Ein- und Austreten der Lithium-Ionen beim Be- und Entladen des Akkus in diesem Fall ohne große Volumenveränderung vor sich ging. Cui prognostiziert, dass sich auf diese Weise die Ladekapazität der Akkus verzehnfachen lässt. Für einen handelsüblichen Laptop würde dies in etwa einen Ladezyklus von zwanzig Stunden bedeuten.