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Mit diesem neuen Akku könnte Laden so schnell wie Tanken werden

Geht es nach Ingenieuren aus China und Amerika, soll die nächste Generation von Akkus mit schwarzem Phosphor hergestellt werden.

Forscher der University of Science and Technology of China (USTC) glauben die Batterieentwicklung mit Hilfe von schwarzem Phosphor und Graphit als Elektrodenmaterial revolutionieren zu können. Dank dieser Anpassung soll das Aufladen der Autobatterie nur zehn Minuten dauern und dann eine Reichweite von 500 km ermöglichen. Professor Hengxing Ji von der USTC erklärte dies gegenüber der britischen Zeitung ‚The Independent‘ wie folgt: „Die Kombination von hoher Energie, hoher Laderate und langer Lebensdauer ist der heilige Gral der Batterieforschung, der durch eine der Schlüsselkomponenten der Batterie bestimmt wird: die Elektrodenmaterialien. Unser Ziel ist es, nach einem Elektrodenmaterial zu suchen, das einen Fortschritt in den Leistungsmetriken aus der Laborforschung erzielen und das Versprechen halten kann, auch industriellen Produktionstechniken und -anforderungen standzuhalten.“

Schwarzer Phosphor schon lange ein Favorit als Elektrodenmaterial

Schwarzer Phosphor wird schon länger in der Branche untersucht. Er besteht aus Schichten mit Kanälen, die so groß wie Lithiumionen sind. Weiterhin verfügt er über mehr Elektronen als zum Beispiel Graphit, das derzeit oft in Lithium-Ionen-Akkus verwendet wird, und kann so besser mit Lithium reagieren. Lithiumionen können darüber hinaus besser durch die Phosphorschichten gelangen, da diese nicht glatt, sondern in Winkeln gestaltet sind.

Allerdings kann schwarzer Phosphor auch Probleme verursachen, an deren Beseitigung sich die Forscher derzeit arbeiten. So kann Phosphor an seiner äußeren Schicht mit Lithium reagieren und auf diese Weise die Kanäle verschließen. Weiterhin dehnt sich Phosphor aus, wenn die Lithiumionen durch die Kanäle wandern, was zum kompletten Versagen des Akkus beim Auf- und Entladen führen kann.

Graphit soll helfen

Damit Lithium nicht mit der äußeren Schicht von Phosphor reagieren kann, haben die Forscher Graphit hinzugefügt, was dazu führt, dass die Atome stattdessen Verbindungen mit Kohlenstoff eingehen. Dieser Vorgang sei zwar nicht komplett effektiv, aber immerhin reicht es für die Verwendung in Akkus. Es werden nur rund 15% Graphit in der Batterie benötigt, um die Lithiumspeicherung zu gewährleisten.

Weiterhin fügten die Wissenschaftler ein dünnes Polymergel hinzu, um die Wechselwirkung von Elektroden mit Festelektrolyten zu gewährleisten. So werde auch das Ausdehnen und Verschieben der Elektroden durch die Lithium-Ionen verhindert. Positiver Nebeneffekt: Die Menge an ungewünschten Chemikalien, die bei der Zerstörung anderer Batteriematerialien entstehen, wurde ebenfalls verringert. Nach etwa 2.000 Ladezyklen kamen die Forscher zu der Feststellung, dass die Lebensdauer des Akkus verbessert wurde und die Elektrode dank des Polymergel eine zehnmal höhere Kapazität hat.

80% nach 10 Minuten laden

Ein weiterer Vorteil der neuen Technologie ist die schnellere Ladezeit. „Das Material stellte 80 Prozent seiner vollen Kapazität in weniger als zehn Minuten wieder her und zeigt eine Betriebslebensdauer von 2000 Zyklen bei Raumtemperatur, die unter Bedingungen gemessen wurde, die mit industriellen Herstellungsprozessen kompatibel sind“, erklärt Professor Sen Xin vom Institut für Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Außerdem könnte so eine Energiedichte von rund 350 Wh/kg für den Lithium-Ionen-Akku erreicht werden. Hierbei handelt es sich lediglich um die Leistung der individuellen Elektrode und nicht der gesamten Batterie. Die Wissenschaftler erzielten bei Tests mit einer kompletten Batterie aber ähnliche Ergebnisse.

Entwicklung noch nicht reif für den Markt und trotzdem bahnbrechend

Letztlich könnte es die neue Technik aber doch nicht auf den Markt schaffen, weil der Herstellungsprozess zu schwierig oder die Integration mit anderen Bestandteilen zu komplex sein könnte, um ein profitables Produkt zu erzeugen, gibt Ars Technica zu bedenken.

Dennoch ist die Entdeckung von großer Bedeutung, da sie Lösungen für die Beseitigung grundlegender Probleme aufzeigt. Darüber hinaus könnte man vielleicht auch die Zusammensetzung ändern und andere Materialien verwenden, die einfacher herzustellen sind.

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