Akku: Anode mit Aluminium-Dotter verbessert Akkuleistung
Längeres Leben für Akkus: Eine Anode aus Aluminium soll Lithium-Ionen-Akkus haltbarer machen. Außerdem kann sie mehr Energie speichern als die herkömmlichen Anoden aus Graphit. Entwickelt wurde die Aluminium-Anode von Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Tsinghua-Universität in Peking.
Die Anode besteht aus Nanokugeln mit einer Schale aus Titandioxid, die mit Aluminium gefüllt sind. Schale und Kern sind dabei nicht miteinander verbunden. Die Forscher vergleichen diesen Aufbau mit einem Ei, bei dem Schale und Dotter durch das Eiklar getrennt sind. Bei einer solchen Dotter-Schale-Konstruktion kann sich der Dotter ausdehnen und zusammenziehen, ohne dadurch die feste Schale stark zu beeinflussen.
Aluminium dehnt sich stark aus
Lithium-Ionen-Akkus haben im Normalfall Graphit-Anoden, die eine Speicherkapazität von 0,35 Amperestunden pro Gramm (Ah/g) haben. Aluminium hingegen kann bis zu 2 Ah/g speichern. Nachteil sei aber, dass sich Aluminium beim Laden und Entladen stark ausdehne und wieder schrumpfe, sagen die Forscher.
Das bedeutet eine mechanische Belastung, die dazu führen kann, dass die elektrischen Kontakte getrennt werden. Zudem bildet das flüssige Elektrolyt in Kontakt mit Aluminium eine Haut. Durch die Ausdehnung und das Schrumpfen fällt die Haut jedoch ab und bildet sich neu. Dadurch verschlechtert sich die Leistung des Akkus mit der Zeit. "Wir haben eine Titanoxid-Schale, die das Aluminium vom flüssigen Elektrolyt trennt", sagt Ju Li vom MIT(öffnet im neuen Fenster).
Der Akku hat mehr Speicherkapazität
Der Akku mit dieser Anode habe eine Speicherkapazität von 1,2 Ah/g, schreiben die Forscher um Li in der Fachzeitschrift Nature Communications(öffnet im neuen Fenster). Das ist etwa das Dreifache eines Akkus mit einer Graphit-Anode. Nach 500 Ladezyklen mit Schnellladung, die den Akku besonders beansprucht, hatte der Akku praktisch kein Kapazität verloren.
Die Herstellung dieser Anode sei einfach, die Materialien relativ günstig, sagen die Forscher. Sie machen allerdings keine Angaben darüber, wann das System serienreif ist.