Lithium-Ionen erschaffen den Super-Akku
Wissenschaftler des Korea Institute of Science and Technology reichern Silizium an
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So wird Silizium mit Lithium-Ionen angereichert (Grafik: kist_school.kist.re.kr) |
Seoul (pte004/23.06.2020/06:15) Lithium-Ionen-Batterien mit einer Anode aus Silizium speichern Energie als Akkus mit einer Anode aus Graphit. Doch wenn sie zu ersten Mal geladen wird, gehen 20 Prozent der Lithium-Ionen dauerhaft im Silizium verloren und stehen für die Energiespeicherung nicht mehr zur Verfügung. Um das zu verhindern haben Forscher des Korea Institute of Science and Technology (KIST) http://kist_school.kist.re.kr eine neue Technik entwickelt. Sie reichern das Silizium vor der Montage der Batterie mit Lithium-Ionen an, sodass die Anode beim ersten Laden des Speichers keine zusätzlichen Ionen benötigt.
Tauchbad ertüchtigt Silizium
Ung Lee und Hong, Jihyun haben eine Lösung angerührt, die Lithium-Ionen enthält. Dort hinein tauchen sie die Silizium-Anode, bevor sie montiert wird. Nach fünf Minuten hat das Silizium so viele Ionen eingelagert, dass sie gesättigt ist, also kaum noch zusätzliche Ionen benötigt. Es verteilt sich gleichmäßig in der Siliziummaske. Das gesamte Lithium lässt sich so zur Energiespeicherung nutzen. Beim ersten Laden gehen bei einer solchen Anode weniger als ein Prozent aller Ionen verloren.
Zuvor hatten andere Forscher versucht, Lithium in Pulverform in das Silizium zu schmuggeln. Das ist ein aufwendiger und damit teurer Prozess, der zudem lange dauert. Außerdem verteilten sich die Ionen nicht homogen. Die mit der neuartigen Anode ausgestattete Lithium-Ionen-Batterie hat eine um 25 Prozent höhere Energiedichte als die mit einer Graphit-Anode. Das bedeutet, dass ein E-Auto, das mit solchen Batterien ausgestattet ist, eine um 25 Prozent höhere Reichweite hat, also mindestens 100 Kilometer weiter kommt, ehe die Akkus aufgeladen werden müssen.
Computersimulationen in Aktion
Die Forscher haben das neue Material mithilfe von Computersimulationen entwickelt. Das Verfahren lasse sich leicht in die Fertigungsprozesse von existierenden Batteriefabriken integrieren. KIST-Forscher hatten zuvor schon ein anderes Problem gelöst. Beim Laden und Entladen der Batterie dehnt sich das Silizium aus und schrumpft wieder. Das verkürzt die Lebensdauer. Mit einem thermischen Verfahren gelang es, dem Silizium dies abzugewöhnen.
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