Lithium-Ionen Akku: US-Wissenschaftler beobachten Akku mit Elektronenmikroskop
Forscher am Sandia National Laboratory in Albuquerque im US-Bundesstaat New Mexico haben einen winzigen Lithium-Ionen-Akku gebaut und unter einem Transmissionselektronenmikroskop betrachtet. Von den einzigartigen Aufnahmen erhoffen sie sich einen besseren Einblick in die Funktionsweise der Energiespeicher sowie Erkenntnisse, wie diese effizienter werden können.
Zuckender Nanodraht
Besonders spektakulär sieht das Video nicht aus: Ein Faden windet sich hin und her. Doch von den Aufnahmen erhoffen sich die Wissenschaftler um Jianyu Huang Erkenntnisse, die zur Entwicklung leistungsfähigerer Akkus führen.
Der Faden ist ein Nanodraht aus Zinnoxid, der 100 Nanometer dick und 10 Mikrometer lang ist. Er fungiert als Anode eines kleinen Lithium-Ionen-Akkus mit einer 3 Millimeter großen Lithium-Kobaltoxid-Kathode und einem Flüssigelektrolyt. Die Zuckungen, die der Nanodraht vollführt, sind die Lade- und Entladevorgänge.
Einblick in die Funktionsweise eines Akkus
"Dieses Experiment ermöglicht es uns, die Ladung und Entladung eines Akkus in Echtzeit und in atomarer Auflösung zu studieren" , erklärt Huang. So genau sei ein Akku bisher noch nicht unter die Lupe genommen worden. Diese Beobachtungen böten den Wissenschaftlern Einblick, was in einem Akku vorgehe.
So fanden sie heraus, dass sich der Nanodraht beim Laden fast auf die doppelte Länge ausdehnt. Der Durchmesser nahm indessen nur wenig zu. Eine neue Erkenntnis: Bisher waren Entwickler davon ausgegangen, dass sich die Anode beim Laden in der Breite und nicht in der Länge ausdehnt. Hersteller sollten die Verlängerung der Anode bei der Entwicklung des Akkus berücksichtigen, sagt Huang, denn die verlängerten Nanodrähte können Kurzschlüsse verursachen, was die Lebensdauer des Akkus verkürze.
Bessere Akkus
Das Motiv für ihre Arbeit sei, dass es einen großen Bedarf an Lithium-Ionen-Akkus gebe, diese aber für viele Anwendungen eine zu geringe Energiedichte hätten. "Um die Effizienz zu verbessern, wollten wir Lithium-Ionen-Akkus von Grund auf verstehen" , sagt Huang. Sein Team und er beschreiben die Arbeit in der aktuellen Ausgabe des US-Fachmagazins Science(öffnet im neuen Fenster) .