Direkt zum Inhalt

Edison-Batterie: Graphen macht behäbigen Traditionsakku ultraschnell

Anode aus Eisenoxid und GraphenLaden...

Um die letzte Jahrhundertwende erfanden Thomas Edison und der schwedische Tüftler Waldemar Jungner nahezu gleichzeitig den Nickel-Eisen-Akkumulator. Der sehr robuste, langlebige und – auf Grund der verwendeten Materialien – kostengünstige Stromspeicher wurde zu einem beliebten Akku für zahlreiche Anwendung. Die "Edison-Batterie" unterlag dann aber in den 1970er Jahren ihren Konkurrenten wie dem Lithium-Ionen-Akku, der mehr Strom speichern kann und obendrein wesentlich schneller zu laden ist.

Nun haben sich Wissenschaftler um Hongjie Dai von der Stanford University erneut der Edison-Batterie angenommen. Mit Hilfe von Graphen – nur eine Atomlage dicke Folien aus reinem Kohlenstoff sowie daraus gerollte Nanoröhrchen – gelang es ihnen, die Zeiten für Ladung und Entladung drastisch zu reduzieren: Nach Angaben der Forscher lässt sich ihr Prototyp innerhalb von rund zwei Minuten vollständig laden und bei Bedarf in nur 30 Sekunden wieder entladen.

Damit könne man ihn überall dort einsetzen, wo Strom schnell zur Verfügung gestellt werden muss, erläutert das Team – beispielsweise als Hilfsbatterie in Elektroautos, um beim Beschleunigen zusätzliche Energie zu liefern. Mit einer Energiedichte von über 120 Wattstunden pro Kilogramm liegt ihr Stromspeicher im Bereich einfacher Lithium-Ionen-Akkus.

Wie Dai und Kollegen berichten, entstehe die hohe Ladegeschwindigkeit durch einen raffinierten Aufbau, bei dem das Elektrodenmaterial chemisch fest an den Kohlenstoff gebunden wird. Für die Anode ließen sie Nanokristalle aus Eisenoxid auf Graphenschichten wachsen; die Kathode erzeugten sie, indem sie Nickelhydroxid-Nanokristalle auf mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen wachsen ließen.

Als Elektrolyt kam, wie in herkömmlichen Edison-Batterien, Kalilauge zum Einsatz. Damit ist ihr Speicher umweltfreundlich und ungefährlicher im Betrieb als Lithium-Ionen-Akkus, die bei unsachgemäßer Behandlung explodieren können. Außerdem dürfte er günstiger in der Herstellung sein, zumindest was die Kosten für das reine Elektrodenmaterial Nickel, Eisen und Kohlenstoff angeht. Noch offen ist, wie stark sich der nanotechnologische Herstellungsprozess auf den Preis niederschlägt, sollte ihr Akku zur Marktreife weiterentwickelt werden.

Größten Entwicklungsbedarf sehen die Wissenschaftler derzeit in der Stabilität des Akkus. Ihr Prototyp verlor nach 800 Ladezyklen rund 20 Prozent seiner Kapazität. Da der Akku auf Grund seiner Geschwindigkeit vor allem dort eingesetzt werden dürfte, wo er häufig ge- und entladen wird, reiche dies nicht aus, erklären die Forscher.

Möglicherweise erlebt die altgediente Edison-Batterie dank des neuen Herstellungsverfahrens eine Renaissance. Zuletzt waren Geräte des herkömmlichen Typs wieder in Mode gekommen, um Überschüsse aus der Stromerzeugung mit regenerativen Energiequellen aufzufangen.

26. KW 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 26. KW 2012

Lesermeinung

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Leserzuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Leserzuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmer sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Lesermeinungen können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

Partnervideos