Li-Ion Akkus machen in den letzten Jahren massive Fortschritte, das Verhältnis von Gewicht zu Kapazität wird immer günstiger. Ausdrücken lässt sich dieses Verhältnis in Wattstunden pro Gramm. Top-Produkt der diesjährigen Messen war mit 540Wh und 2,8kg Gewicht ein Akku aus dem Hause Derby, hier liegt die Quote von Gewicht zu Kapazität bei etwa 0,2Wh/g.
e-Rad Hafen These: Das Akkuproblem wäre so gut wie erledigt, wenn es Akkus mit einem Verhältnis von 1Wh/g gäbe. Die also bei einem Kilo Gewicht 1000Wh speichern können. Etwa fünfmal so viel, wie gute Akkus heute. Man könnte dann mit einem ein Kilogramm schweren Akku gut 100km fahren. Dazu müsste der Akku im Idealfall noch mindestens 1000 Voll-Zyklen halten.
Worauf es ankommt
Entscheidend ist das Material an der Elektroden (Anode und Kathode), je mehr Ionen sich an das Material anlagern können, desto größer die Kapazität, je schneller das Bewegen der Ionen von einer Elektrode zu anderen möglich ist, desto schneller das Auf- und Entladen des Akkus. Bisher sind die Elektroden in der Regel aus „Graphen“ einem geschichtetem Kohlenstoff. Ein Ion belagert dabei 6 Kohlenstoffatome.
Alternative Silizium
An ein einziges Siliziumatom können sich dagegen 4 Ionen anlagern. Allerdings dehnt sich das Silizitum beim Aufladen mit den Ionen stark aus. Forscher_innen um Harold Kung von der Northwestern University in Evanston im US-Bundesstaat Illinoisvom haben nun eine neue Lösung gefunden, wie sie im Fachmagazin Adancend Energy Materials schreiben.
Sie platzieren Siliziumcluster zwischen die Graphenlagen. So wird das Silizium stabilisiert und die Speicherkapazität der Elektrode steigt. Dazu fügen sie kleine Löcher in die Graphenlagen ein – die Ionen können durch die Löcher schlüpfen und sich dadurch schneller anlagern.
Die Forscher sprechen von zehnfacher Kapazität, gleichzeitig prognostizieren sie deutlich verkürzte Ladezeiten. Vorausgesetzt, die Akkus sind auch noch langlebig, würde das die Konditionen von oben erfüllen. In drei bis fünf Jahren soll die Sache serienreif sein…
Alternative Schwefel
Eine Forscher_innen-Gruppe der Lawrence Berkeley National Laboratory and Tsinghua Universität in China hat die Kombination aus Graphen und Schwefel weiterentwickelt. Auch hier ist es das Graphen, das mit der Ausdehnung des Schwefels beim Laden gut zurecht kommt und eine gute Leitfähigkeit garantiert. Die Rede ist hier von 2,4Wh/g – ebenfalls ein sehr guter Wert. Schwefel ist dazu ein sehr billiges Material. Allerdings scheinen in diesem Fall noch ein paar mehr technische Hürden zu bestehen – bspw. bei der Haltbarkeit der Akkus und aufgrund des hohen elektrischen Widerstands von Schwefel.
Fazit
Preiswert und serienreif klingt das hier nach einem potentiellen Quantensprung- es wäre nicht der erste! Man darf gespannt sein. Und es gibt sicher noch anderen Elemente die sich für den Bau von Akkus eignen.
Daher schätzt der e-Rad Hafen: Innerhalb der nächsten 5 Jahre wird es Akkus mit den oben beschriebenen Eigenschaften geben. Am besten noch in sehr kältefest!
Übrigens hier ein älterer Artikel zur Entwicklung von „Prieto“ Akkus
