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News: Von der Theorie zur Praxis

Schon bald könnte es eine preisgünstigere, leichtere Version der in heutigen Laptops und Mobiltelefonen verwendeten Lithiumbatterien geben. Kobalt, der teuerste Bestandteil dieser Batterien kann durch Aluminium ersetzt werden.
Batterien geben Elektrizität ab, indem sie einen Elektronenstrom von einem negativen zu einem positiven Pol fließen lassen, wodurch ein Gerät angetrieben werden kann. Bei Lithiumbatterien werden die Kathoden, die mit dem Pluspol verbunden sind, aus Lithium-Kobalt-Oxid hergestellt. Das teure Kobalt wird verwendet, weil die Wissenschaftler früher annahmen, daß nur Metalle wie dieses zu einer hinreichenden Entladung führen. Um einen alternativen Typ von Elektrode zu finden, müßten zahllose Kombinationen von Lithium-Metall-Oxiden hergestellt und getestet werden. Gerd Ceder und seine Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology wollten jedoch auf eine zielgerichtere Weise suchen. Ein in Nature vom 15.04.1998 beschriebenes, neues Material ist das erste seiner Art, das auf der Grundlage theoretischer Berechnungen anstelle von empirischen Methoden erstellt wurde.

Basierend auf den grundlegenden Gesetzen der Quantenmechanik entwickelten sie eine Computersimulation, welche die Eigenschaften unterschiedlicher Materialien vorhersagte. Die Berechnungen ergaben eine vielversprechende Alternative zu bisherigen Elektroden: ein vor allem aus Lithium und Aluminium bestehendes Oxid. Das Team synthetisierte das neue Material und konnte die eigenen Voraussagen im Experiment bestätigen. Die Tatsache, daß Aluminium in dieser Funktion verwendbar ist, unterstützt ihre frühere Erkenntnis, daß für die Aufnahme der Elektronen Sauerstoff wichtiger als Kobalt ist.

Die Arbeit sei ein "tolles" Beispiel dafür, wie die Theorie zu praktischen Experimenten führen kann, sagt Didier de Fontaine, Werkstoffspezialist von der University of California, Berkeley. Fontaine hat bei der Berechnung der Eigenschaften komplizierter Materialien von Anfang an Pionierarbeit geleistet. Ceder und seine Kollegen erklären, daß sie bereits – basierend auf derselben Herangehensweise – ein anderes Material entwickelt haben, welches in weniger als einem Jahr zur Verwendung in einer Batterie bereit sein müßte.

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