Kleinster Lithium-Akku der Welt

Neuer elektrischer Stromspeicher ist deutlich dünner als ein menschliches Haar

Nano-Akku
Nano-Akku

Houston (USA) - Der bisher kleinste Lithium-Ionen-Akku ist mehrere tausend Mal dünner als ein einziges Haar. Mit winzigen Nanodrähten aus Nickel und Zinn gelang Materialforschern dieser Rekord, der zur zuverlässigen Stromversorgung von filigranen Nanosensoren genutzt werden könnte. Die Ladekapazitäten der Winzlinge reichen zwar nicht an die der größeren Lithium-Akkus in Laptop oder Elektromobil heran. Doch können sie elegant mit sogenannten Superkondensatoren kombiniert werden, mit denen sich die Ladezeiten auf wenige Minuten senken lassen. Erste Prototypen der Nano-Akkus präsentierten die Forscher in der Fachzeitschrift "Nano Letters".

"Diese Arbeit zeigt die kleinstmögliche Miniaturisierung für elektrische Energiespeicher", schreiben Pulickel Ajayan und seine Kollegen von der Rice University in Houston. So verpackten sie alle wichtigen Komponenten eines Lithium-Akkus - Anode, Kathode und Trennschichten - in einen einzelnen Nanodraht, der nur einen Durchmesser von 150 Millionstel Millimeter aufweist. Eingehüllt in Plexiglas besteht der Nanodraht aus den Metallen Nickel und Zinn. Als leitfähigen Elektrolyten ergänzten die Forscher die Substanz Lithiumphosphorfluorid. Erste Versuche belegten, dass dieser filigrane Lithium-Akku mehrfach mit elektrischem Strom ge- und entladen werden kann.

Solche winzigen Stromspeicher sind interessant für den Betrieb ebenso kleiner Sensoren. Doch Ajayan geht noch einen Schritt weiter. So ordnete er Tausende Nano-Akkus senkrecht nebeneinander zwischen zwei leitenden Platten aus Kupfer und Aluminium an. Dieser Sandwich-Struktur fügte er noch den Kunststoff Polyanilin hinzu. So kombinierte er den dauerhaften Lithium-Stromspeicher mit einem viel schneller aufladbaren Superkondensator. Solche Hybrid-Systeme bieten ein großes Potenzial, Akkus zu entwickeln, die sich binnen weniger Minuten aufladen lassen und zugleich eine hohe Ladekapazität aufweisen. Stundenlange Ladezeiten von Elektromobilen könnten damit der Vergangenheit angehören.

"Aber bis dahin sind noch viele Optimierungen nötig", sagt Sanketh Gowda, der maßgeblich an dieser Akku-Entwicklung beteiligt war. Mit besseren Isolatoren und einem verfeinerten Aufbau hofft er, die Ladekapazität von derzeit bescheidenen drei Mikroamperestunden pro Quadratzentimeter noch deutlich steigern zu können.