Nanodrähte: Neuer Akku verspricht extrem lange Lebenszeit

22. April 2016, 11:44
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Zeigt auch nach hunderttausenden Ladevorgängen keine Ermüdungserscheinungen – Hoffnungsträger für E-Autos und Smartphones

Moderne Akkus, üblicherweise Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Speicher, haben zweierlei Probleme. Einerseits mangelt es ihnen noch an Kapazität, um Elektroautos weiter als weniger hundert Kilometer zu transportieren oder Smartphones länger als ein bis zwei Tage laufen zu lassen. Andererseits zeigen sie bei häufiger Gerätenutzung früher oder später Verfallserscheinungen, die sich als Laufzeitminderung bemerkbar machen.

Letzteres Problem wollen nun Forscher der University of California gelöst haben. Sie haben einen Akku entwickelt, der auf ein Material setzt, welches auf Nanodrähten basiert. Die mikroskopischen Stränge sind tausendmal dünner als ein menschliches Haar. Sie verfügen über eine extrem große und leitfähige Oberfläche, die sich für den Transfer und die Speicherung von Elektronen nutzen kann.

Gold-Nanodrähte im Mangandioxid-Mantel

Bisher hatte man jedoch das Problem, dass sich die Nanodrähte als sehr fragil erwiesen und empfindlich auf häufige Lade- und Entladevorgänge reagierten. Würde man sie ein eine herkömmliche Li-Ion-Batterie einsetzen, würden sie sich bald ausdehnen und brüchig werden.

Die Forscher konnten diese Hürde nun erfolgreich nehmen, indem sie Nanodrähte aus Gold mit Mangandioxid einhüllten und als Elektrolyt ein Gel verwendeten, welches Plexiglas ähnelt. Diese Kombination hat sich nach Angaben der Wissenschaftler als zuverlässig und ausfallsresistent erwiesen.

200.000 Cycles ohne Einbußen

In einem Testlauf wurde die neuartige Elektrode in einem Zeitraum von drei Monaten über 200.000 mal aufgeladen und wieder entladen. Über diesen Zeitraum konnte man weder Brüche von Nanodrähten feststellen, noch einen Verlust von Kapazität oder Leistung.

Die Technologie, die allerdings noch weiter erforscht werden muss, könnte künftig genutzt werden, um Akkus mit extrem verlängerter Haltbarkeit herzustellen. Konkrete Zeitpläne wurden noch nicht genannt.

Geforscht wurde gemeinsam mit dem Energy Frontier Research Center der University of Maryland, finanziert wurde das Projekt aus Mitteln des US-Energieministeriums. Ein Paper zur Arbeit wurde in den Energy Letters der American Chemical Society veröffentlicht. (gpi, 22.04.2016)

  • Reginald Penner, ein Chemiker, der an der Entwicklung des Nanodraht-Akkus beteiligt war.
    foto: daniel a. anderson / uci

    Reginald Penner, ein Chemiker, der an der Entwicklung des Nanodraht-Akkus beteiligt war.

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