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Materielforschung

Neue Elektroden für Lithium-Ionen-Akkus

Siliziumelektroden für aufladbare Lithium-Ionen-Akkus speichern zwar mehr Energie als die bisher verwendeten Graphitelektroden, splittern im Betrieb jedoch leicht. Nun haben Wissenschaftler ein Mittel dagegen gefunden – inspiriert von Seilzugsystemen.
Molekulares Seilzugsystem

Auf deutschen Straßen fuhren im Jahr 2017 nur etwa 35 000 Elektroautos. Viele Konsumenten hadern mit der begrenzten Reichweite der Lithium-Ionen-Akkus, die in den Fahrzeugen verbaut sind. Damit Autofahrer längere Strecken mit einer Akkuladung zurücklegen können, arbeiten Wissenschaftler daran, die Energiedichte in den Speichern zu erhöhen. Ein Ansatz hierbei lautet, Elektroden aus Silizium zu entwickeln, die mehr Lithium­ionen pro Volumen aufnehmen als bisher verwendete Graphitelektroden. Erschwert wird das allerdings dadurch, dass sich die Elektroden während des Aufladens ausdehnen und beim Entladen schrumpfen. Dadurch zersplittern sie rasch, was zu einem rapiden Absinken der Ladungskapazität führt. Jang Wook Choi und seine Kollegen vom Korea Advanced Institute of Science and Technology in Daejeon stellen nun eine originelle Lösung für dieses Problem vor: Sie nutzen Polymermoleküle, um die Siliziumelektroden wie mit Seilen zusammenzuhalten.

Elektroden in Lithium-Ionen-Akkus bestehen aus einem Verbund aus elektrisch leitenden Kohlenstoffpartikeln und einem so genannten aktiven Material, das Lithiumionen aufnimmt. Ein polymeres Bindemittel, häufig Polyvinylidenfluorid, hält beide Bestandteile zusammen. Entlädt man einen Akku, der aus zwei solcher Elektroden in einem flüssigen Elektrolyten besteht, bewegen sich die Lithium­ionen aus der Anode (Minuspol) in die Kathode (Pluspol), während außerhalb des Akkus Elektronen in die gleiche Richtung fließen. Beim Aufladen der Batterie wandern sowohl die Lithiumionen (innerhalb des Akkus) als auch die Elektronen (außerhalb) in die entgegengesetzte Richtung …

März 2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft März 2018

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