Graphen, Nanoröhrchen und Silizium beschleunigen Ladezeiten um das 16-fache Neue Batterie lädt Mobilgeräte in nur zehn Minuten - scinexx | Das Wissensmagazin
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Graphen, Nanoröhrchen und Silizium beschleunigen Ladezeiten um das 16-fache

Neue Batterie lädt Mobilgeräte in nur zehn Minuten

Lithiumionen-Akku © Kristoferb / CC-by-sa 3.0

Leerer Akku, keine Zeit zum Aufladen? Wissenschaftler aus Kalifornien haben eine neue Batterie entwickelt, mit der sich ein Mobiltelefon in bloß zehn Minuten vollständig aufladen ließe. Im Fachmagazin „Small“ beschreiben die Forscher die neue Anode, die diesen Fortschritt in der Batterie ermöglicht: Sie besteht aus Graphen, Nanoröhrchen und Silizium.

Die gängigste Technologie für wieder aufladbare Batterien sind Lithiumionen-Akkus. Sie stoßen jedoch besonders bei tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen an ihre Grenzen: Die Akkus lassen sich bei gleicher Leistung nur schwer miniaturisieren. Außerdem sind sie relativ schwer, was sich auch stark bei Elektroautos bemerkbar macht: Die Batterien stellen einen großen Teil des gesamten Fahrzeuggewichts dar. Das Auf- und Entladen der Akkus dauert außerdem seine Zeit, und bei einer hohen Anzahl von Ladezyklen leidet die Kapazität der Batterie. Kein Wunder also, dass Wissenschaftler nach alternativen Materialien und Methoden suchen, um die Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern.

Ein vielversprechender Kandidat ist Silizium als zusätzliches Elektrodenmaterial: Eine Lithium-Ionen-Batterie mit Silizium-Anode anstatt der bislang üblichen Graphit-Anode könnte eine um mehr als 60 Prozent höhere Ladekapazität haben. Dabei hätte sie jedoch nur rund zwei Fünftel des Gewichts. Forscher um Wei Wang von der University of California in Riverside nutzen die Vorteile dieses Materials in ihrer neu entwickelten Batterie. Außerdem verwenden sie das „Wundermaterial“ Graphen.

Nanokegel für blitzschnelles Aufladen

Dieser neue Akku zeichnet sich durch die dreidimensionale Struktur der Anoden-Oberfläche aus: Sie besteht aus einer mit Graphen beschichteten Kupferfolie und ist besetzt mit Kegeln aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Diese wiederum bedampften die Forscher mit einer dünnen Schicht Silizium. Das Ergebnis ist ein Akku, der auch bei sehr schnellem Auf- und Entladen über zahlreiche Zyklen stabil bleibt. Die Ladezeiten sind dabei etwa 16-mal so schnell wie bei herkömmlichen Batterien.

Wang zufolge gibt es zwei Gründe für das schnelle Aufladen: Zum einen fügen sich die Nanoröhrchen praktisch nahtlos in das Graphen der Anode ein. Dadurch lässt sich die elektrische Ladung sehr schnell übertragen und weiterleiten. Außerdem bilden die Nano-Kegel Kanäle, in welche die umliegende Elektrolytflüssigkeit eindringt. Der Austausch von Elektronen zwischen Elektrolyt und Anode wird dadurch weiter beschleunigt.

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(Small, 2014;doi: 10.1002/smll.201400088)

(University of California, Riverside, 11.06.2014 – AKR)

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