Ein wenig Silber macht leichte Anoden aus fast reinem Lithium möglich

Den Verbrauch an Silber gaben die Forscher mit 8 bis 16 mg/Ah an. Das entspricht etwa 2,5 bis 5 Gramm Silber pro Kilowattstunde. Der Silberpreis liegt derzeit bei etwa 50 Cent pro Gramm. Wobei der inflationsbereinigte Preis in der Vergangenheit zwischen einem Drittel und dem Dreifachen dieses Preises schwankte. Würde die gesamte Produktion von Lithium-Akkus auf dieses Verfahren umgestellt, würden etwa 500 bis 1.000 Tonnen Silber verbraucht. Das ist weniger als der Silberverbrauch für Photographie, der vor der Umstellung auf Digitalkameras ein Viertel des Silberverbrauchs ausmachte. Die weltweite Silberproduktion betrug zuletzt 27.000 Tonnen pro Jahr, bei Reserven von etwa 500.000 Tonnen.

Beim Bau des restlichen Akkus kamen keine weiteren seltenen Stoffe zum Einsatz. Das Bindemittel ist eine Mischung aus einem Lösemittel und einem gebräuchlichen Kunststoff aus der Akkutechnik, der die Nanopartikel zusammenhält und auf das feste Elektrolyt aufgebracht wird, das die Kathode von der Anode trennt. Das Elektrolyt ist im Aufbau ein Argyrodit, besteht aber aus einer Verbindung von Lithium, Phosphor, Schwefel und Chlor. Die verwendete Kathode besteht aus gewöhnlichem Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid, mit nur 5 Prozent Kobaltanteil.

Beim Laden des Akkus gelang es den Forschern erstmals, dass die Lithiumschicht auf dem elektrischen Kontakt wuchs, statt auf der Grenzschicht zwischen den festen Elektrolyten und der Anode. Dadurch übersteht der Akku mehr Ladezyklen, weil sonst an der Grenzschicht der Elektrolyt zersetzt wird und den Akku langsam zerstört. Die Forscher vermuten, dass die hohe Ionenleitfähigkeit des Materials im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit für das Phänomen verantwortlich ist. Sie können es aber selbst noch nicht erklären.

Die Technik könnte noch bessere Akkus ermöglichen

Die Silbernanopartikel haben das Problem der Dendritenbildung, der kleinen Verästelungen, gelöst. Sie bilden zusammen mit dem Lithium eine Legierung, die beim Abscheiden auf der Stahlelektrode eine gleichmäßige Schicht bildet, die beim Entladen genauso gleichmäßig wieder abgebaut wird. Dabei werden einige der Silberpartikel während des Ladens abgebaut, sie entstehen beim Entladen aber neu, wenn sich die Lithium-Silber-Legierung wieder auflöst.

Eine offene Frage bleibt leider das Gewicht der Akkus und damit dessen Energiedichte. In dem veröffentlichten Papier wurde nur die Energiedichte bezogen auf das Volumen angegeben und auf die Kapazität des reinen Kathodenmaterials (210 mAh/kg bei 3,76 Volt durchschnittlicher Spannung oder 790 Wh/kg), aber nichts zur Kapazität relativ zum Gesamtgewicht inklusive der Akkuhülle, den elektrischen Kontakten, des Elektrolyts und der Kohlenstoff-Silber-Schicht, die für die neue Anode unverzichtbar ist, gesagt. Der Grund ist wahrscheinlich, dass die Forscher den Aufbau nicht so stark optimieren konnten, wie es in der Massenproduktion möglich ist. Energiedichten zwischen 300 und 400 Wh/kg dürften aber realistisch sein.

Interessant ist auch, dass die neue Anodentechnik in Zukunft vielleicht auch Lithium-Schwefel-Akkus mit deutlich höherer Energiedichte und ohne Nickel und Kobalt möglich machen könnte, die nur ohne die herkömmlichen Graphitanoden sinnvoll funktionieren würden. Allerdings ginge das mit doppelt so hohem Lithiumverbrauch pro kWh einher.