Mehr Leistung: Lithium-Akkus für Autos und Bohrmaschinen

Lithium-Ionen speisen Handys und Laptops über Stunden und Tage mit Strom. Doch an Geräte mit größerem Leistungshunger wie Elektroautos oder Werkzeuge geben diese Akkus ihren Saft nicht schnell genug ab. Amerikanische Wissenschaftler suchten daher nach besseren Elektrodenmaterialien, um die Entladungsrate deutlich zu erhöhen.

Cambridge (USA) - Wie sie in der Zeitschrift "Science" berichten, fanden sie in neuen Kathodenwerkstoffen mit Mangan- und Nickelanteilen gute Kandidaten für zukünftige Höchstleistungsbatterien. "Durch die Veränderung der Kristallstruktur erreichten wir unerwartet eine höhere Verfügbarkeit an Ionen", schreiben Kisuk Kang und seine Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Bisher nutzen Akkuhersteller meistens Lithiumkobaltoxid. Werden die Kobaltatome jedoch durch Mangan und Nickel ersetzt, konnte die Beweglichkeit der stromspendenden Lithiumionen um mehr als das 50 fache erhöht werden. Sowohl Computersimulationen als auch erste Experimente mit Elektroden aus Lithiummangannickeloxid belegten diese Eigenschaft.

Bei dieser neuen Elektrode bleiben die Vorteile von heute üblichen Lithiumionen-Akkus - kein Memory-Effekt und schnelle Ladungszeiten - erhalten. Zusätzlich könnten sie in naher Zukunft mehr Leistung in kürzerer Zeit liefern. Bevor dieses neue Elektrodenmaterial in der Akkuindustrie Anwendung findet, müssen allerdings noch die Temperaturstabilität und die Anzahl der Ladungszyklen erhöht werden.

Dieses Beispiel zeigt, dass die Lithiumionen-Technologie noch lange nicht ausgereizt ist. "Allein in den vergangenen zehn Jahren hat sich die Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus verdoppelt", sagt Magret Wohlfahrt-Mehrens, Batterie-Expertin beim Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Ulm. Mit Energiedichten von rund 180 Milliampérestunden pro Gramm und ohne Memoryeffekt, der das Aufladen erst bei fast leerem Akku ermöglichte, haben Lithium-Ionen die alten Metallhydridsysteme aus der mobilen Elektronik de facto verdrängt.

Mit großen Produktionskapazitäten dominieren Japan und Korea (Sony, Sanyo, Panasonic, LG, Samsung) den Markt. Für die kommenden Produkte ersetzte Sanyo die klassische Grafit-Anode in der wiederaufladbaren Batterie durch nanokristallines, amorphes Silizium. Damit können bei vergleichbarem Gewicht fast zehnmal mehr Lithium-Ionen aufgenommen werden. Experten erwarten mit diesen Entwicklungen einen weiteren Preisverfall der Lithium-Ionen-Systeme und größere Speichersysteme beispielsweise für Elektroautos, um die bisher verwendeten schweren Blei-Akkus zu ersetzen.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/leben/news/2006/mehr-leistung-lithium-akkus-fuer-autos-und-bohrmaschinen/