Eine neuartige Akku-Technologie, die Forscher aus Südkorea entwickelt haben, verspricht bei den Akkus nicht nur mehr Energie, die gespeichert werden kann. Die Akkus werden mit dieser Technologie auch langlebiger, was Elektroautos, aber auch Handys und andere Geräte dauerhaft verändern könnte. Das wird durch eine spezielle Verbindungstechnik möglich. Die einzelnen Bestandteile des Akkus sind fest miteinander verknüpft. Die neue Batterie erreichte im Labortest fast die doppelte Energiedichte wie die heutigen Modelle bei Tesla. Gleichzeitig erhöhte sich die Lebensdauer deutlich.
Mehr Energie und weniger Verschleiß bei den neuen Akkus
Die Forscher der südkoreanischen Postech und Sogang University haben bei dieser neuartigen Technologie die Bestandteile eines Akkus miteinander fest verzahnt, wie aus einem im Fachjournal Advanced Science veröffentlichten Forschungsbericht hervorgeht. Ansonsten sind die Akku-Bestandteile eher lose, was den Akku empfindlicher macht und zu einem früheren Verschleiß führt.
Die Bestandteile der Lithium-Ionen-Akkus sind bislang in Schichten angeordnet.
Im neuen Verfahren sind sie eng und dauerhaft miteinander verbunden, vergleichbar mit Ziegelsteinen und Mörtel. Die IEE-Struktur (In-Situ-Interlocking Electrode-Electrolyte) sorgt für Stabilität des Akkus über viele Ladezyklen hinweg.
Silizium-Anoden werden beim neuartigen Verfahren nutzbar
Das Problem bei klassischen Lithium-Ionen-Akkus besteht darin, dass sie mit der Zeit verschleißen und an Kapazität verlieren. Auf Belastungen können sie empfindlich reagieren.
Anoden aus Silizium haben den Vorteil, dass sie viel Energie speichern können. Beim Laden treten starke Volumenänderungen auf. Der Akku altert schneller, da die Anoden zuerst aufquellen und dann wieder schrumpfen.
Belastungen können durch die neue feste Verbindung besser abgefangen werden, da die Struktur stabilisiert wird. Die Nutzung von Anoden aus Silizium wird dadurch plötzlich sinnvoll. Die Silizium-Anoden können die bisher verwendeten Anoden aus Graphit ersetzen. Anders als Silizium kann Graphit nur ein Zehntel der Lithium-Ionen speichern. Die Akkus werden durch die Nutzung von Silizium-Anoden nicht nur langlebiger, sondern sie erreichen auch eine höhere Leistung.
Neue Technologie gegenwärtig noch im Labor
Die neuen Akku-Zellen werden noch im Labor erforscht, zeigen jedoch schon ein beeindruckendes Potenzial. Die Werte sind vielversprechend. Die gravimetrische Energiedichte lag im Labortest bei 403,7 Wh/kg. Bezogen auf das Volumen wurde eine Energiedichte von 1.300 Wh/L erreicht.
Die Werte liegen damit deutlich höher als bei den heutigen Serienmodellen wie der 4680-Zelle von Tesla. Sie erreicht 241 Wh/kg beziehungsweise 643 Wh/L.
Die neue Technik existiert bislang nur in einem kleinen Maßstab, mit einer außerordentlich geringen Menge an Material. Bis eine Serienfertigung möglich wird, ist es noch ein langer Weg. Die Herausforderung besteht in der Übertragung in die industrielle Produktion.
Für die neuartige Bauweise sind andere Materialien und veränderte Fertigungsprozesse erforderlich. Das kann aufwendig und teuer sein. Die Forscher betonen, dass noch viel Zeit für die Entwicklung erforderlich ist, bis aus dem Prototyp aus dem Labor ein marktfähiger Akku wird.
Veränderungen durch länger haltbare Akkus
Bis sich die neuartige IEE-Technologie durchsetzen kann, vergeht noch viel Zeit. Aufgrund des hohen Aufwands in der Forschung und bei der Umsetzung in die Produktion sowie der damit verbundenen hohen Kosten ist nicht bekannt, ob und wann diese neuartigen Akkus marktreif werden.
Können sich diese Akkus auf Basis der neuen Technologie durchsetzen, wären die Folgen weitreichend. Elektroautos könnten mit den neuen Akkus mit einer höheren Energiedichte und einer längeren Lebensdauer deutlich leichter und effizienter werden. Gleichzeitig ist die Batterie wesentlich länger haltbar, was sich positiv auf die Umwelt und die Ressourcen auswirkt. Die länger haltbaren Speicher wären auch ein Fortschritt in Smartphones, Notebooks und anderen Geräten.