Energiespeicher: Akkus aus Sand

Sand statt Graphit: US-Wissenschaftler nutzen Siliziumdioxid, um die Anode eines Lithium-Ionen-Akkus herzustellen. Die soll nicht nur günstiger, sondern auch leistungsfähiger und langlebiger sein als eine Anode aus Graphit.

Artikel veröffentlicht am 10. Juli 2014, 12:02 Uhr, Werner Pluta

Vom Quarzsand zu 3D-Nanosilizium: Idee beim Entspannen am Strand (Bild: UCR)

US-Wissenschaftler haben eine Methode gefunden, die Kosten für Lithium-Ionen-Akkus zu senken: Sie haben eine Anode aus Sand statt aus Graphit konstruiert. Die Anode aus Silizium soll nicht nur die Kosten für die Energiespeicher senken, sie macht den Akku auch leistungsfähiger.

Für die Anode benötigen die Forscher von der Universität von Kalifornien in Riverside (UCR) Silizium im Nanomaßstab. Ausgangspunkt für dessen Herstellung ist Sand, also Siliziumdioxid. Zachary Favors wählte einen Sand mit einem hohen Quarzanteil aus, den er nahe Dallas im US-Bundesstaat Texas fand. Er reinigte ihn und mahlte ihn so lange, bis er die Konsistenz von Puderzucker bekam.

Pulvergemisch erhitzt

Dem Pulver setzte er Magnesium und Kochsalz zu, beides ebenfalls fein gemahlen. Anschließend erhitzte er das Pulvergemisch. Das Magnesium reagierte mit dem Sauerstoff aus dem Siliziumdioxid. Das Kochsalz absorbierte dabei die Wärme, die bei der exothermen Reaktion freigesetzt wurde.

Auf diese Weise hätten sie ein "verbundenes 3D-Netzwerk aus Nanosilizium mit einer Dicke von 8 bis 10 Nanometern", erhalten, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Scientific Reports. Aus diesem 3D-Nanosilizium bauten sie dann die Anode für einen Akku.

Höhere Energiedichte, längere Lebensdauer

Dabei stellten sie fest, dass das Silizium eine poröse, fast schwammartige Konsistenz angenommen hatte. Dies sorgt für eine höhere Leistungsfähigkeit der Anode und damit des Akkus: Die Energiedichte der Siliziumanode sei etwa dreimal so hoch wie die einer Graphitanode. Zudem soll sie eine längere Lebensdauer haben als heutige Akkus.

"Das ist der heilige Gral: ein günstiges, ungiftiges, umweltfreundliches Verfahren, sehr leistungsfähige Anoden für Lithium-Ionen-Akkus herzustellen", sagt Favors. Die Idee dazu sei ihm gekommen, als er nach dem Surfen am Strand lag und den Sand durch die Finger rieseln ließ.