Akku-Design mit Blei: Günstig und viel Power
Materialwissenschaftler finden nachhaltige Alternative zu Graphit in Lithium-Ionen-Batterien
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E-Auto: mehr Leistung für den Akku (Foto: pixabay.com, IsmaelMarder) |
Lemont (pte002/18.02.2021/06:05)
Forscher des Argonne National Laboratory (ANL) http://anl.gov des US Department of Energy http://energy.gov haben gemeinsam mit Kollegen mehrerer Universitäten ein besonders kostengünstiges Design für Lithium-Ionen-Akkus entwickelt, das richtungsweisend für die Zukunft sein könnte. Um die Produktionskosten zu drücken, setzen sie anstelle von Graphit als Baumaterial für Anoden auf billiges Blei, das in Form von winzigen Nanopartikeln in eine Kohlenstoff-Matrix eingebettet wird. Damit lässt sich nicht nur Geld sparen, sondern auch die Ladekapazität verdoppeln.
[b]"Das am meisten recycelte Material der Welt"[/b]
„Unsere Forschung bietet äußerst spannende Anwendungsmöglichkeiten für die Entwicklung von kostengünstigen, leistungsstarken und nachhaltigen Lithium-Ionen-Akus, mit denen sich alles von Handys über Laptops bis zu elektrischen Autos betreiben lässt", erklärt Eungje Lee, Materialwissenschaftler in der Chemical Sciences and Engineering Division des ANL. Derartige Batterien funktionieren, indem Lithum-Ionen während des Ladens und Entladens bei der Anode zugeführt bzw. entfernt werden. „Derzeitige Graphit-Anoden schaffen zwar tausende Ladezyklen, stoßen aber in punkto Ladekapazität bereits an ihre Grenzen", betont der Experte.
„Wir haben uns deshalb entschieden, die Möglichkeiten von Blei als eine interessante Alternative für Graphit als Basis für Anoden zu untersuchen", ergänzt Lee. Das Schwermetall sei einerseits sehr günstig und im Überfluss vorhanden und andererseits äußerst nachhaltig. „Blei ist das am meisten recycelte Material der Welt. In den USA liegt seine Recyclingrate bei 99 Prozent. Unser neues Anoden-Design könnte also der ganzen Industrie, die gegenwärtig Bleisäurebatterien herstellt und recycelt, eine neue Einnahmequelle eröffnen", so der ANL-Forscher.
[b]Ausgiebige Labortests[/b]
Das Anoden-Design, das Lee gemeinsam mit Kollegen der Northwestern University http://northwestern.edu , des Brookhaven National Laboratory http://bnl.gov und des Ulsan National Institute of Science and Technology http://unist.ac.kr entwickelt hat, besteht dabei nicht aus einem einzigen Block Blei, sondern unzähligen mikroskopisch kleinen Partikeln des Schwermetalls. Diese werden in eine Kohlenstoff-Matrix eingebettet, die wiederum von einer dünnen Ummantelung aus Bleioxid umgeben ist.
Ausgiebige Tests im Labor, bei denen die neue Graphit-Alternative über 100 Lade- und Entladezyklen durchmachen musste, haben gezeigt, dass sich damit tatsächlich auch die Leistungsfähigkeit der Akkus deutlich steigern lässt. So soll die Blei-Variante die Speicherkapazität von heute gängigen Lithium-Ionen-Akkus verdoppeln können, wie die Forscher berichten. Diese wollen in nächsten Schritten noch kleinere Verbesserungen umsetzen, um die Leistung vielleicht sogar noch weiter zu erhöhen.
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