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08.12.2016 - 07:18
Foto: Photos.com/Getty Images

US- Forscher entwickeln 3D- Akku mit Schnellladung

26.04.2011, 15:01
US-Forscher haben den Prototypen einer neuen 3D-Batterie entworfen. Die Konstruktion ähnelt jener von heute gebräuchlichen Handy- und Laptop-Batterien. Mit einer dreidimensionalen Struktur aber lassen sich die Akkus schneller laden als bisher und könnten so auch in Elektroautos zum Einsatz kommen.

Bei herkömmlichen Lithium- Ionen- Batterien dauert das Aufladen mehrere Stunden. Ein Team um die Chemikerin Amy Prieto von der Colorado State University in Fort Collins hat jetzt einen Akku in der Größe einer Handy- Batterie vorgestellt, der nach völliger Entleerung in zwölf Minuten wieder voll einsatzbereit ist.

Eine kommerzielle Batterie aus einem Serien- Mobiltelefon würde etwa zwei Stunden für die gleiche Energieleistung brauchen, kalkuliert die Chemikerin. Der Prototyp kann außerdem rund zwei Mal so häufig wieder aufgeladen werden wie marktübliche Batterien.

Kein "Memory- Effekt"

Prietos Forschungsprojekt ist Teil eines größeren Programms zur Verbesserung von Lithium- Ionen- Batterien (Li- Ion), die schon jetzt ihre kostengünstigeren Vettern aus Nickel- Cadmium (Ni- Cad) in mehrfacher Hinsicht übertreffen. So können Li- Ion- Akkus bei gleicher Größe rund doppelt so viel Energie speichern.

Durch ihre hohe Spannung von 3,6 Volt pro Zelle können Li- Ionen- Batterien zudem mit nur einer Zelle konstruiert werden und fallen dadurch bei gleicher Leistung kompakter aus als die Ni- Cad- Batterien. Außerdem entfällt bei ihnen der von der älteren Ni- Cad- Technologie bekannte "Memory- Effekt", der die Ladekapazität der Akkus stückweise verringert.

Für den Schnellladeeffekt der neuen 3D- Batterien wurde die Chemie der Batterien nun grundlegend verändert. In konventionelle Li- Ionen- Akkus bestehen die positiven Elektroden, genannt Kathoden, aus Lithium und ihre negativen Gegenpole (Anoden) aus Kohlenstoff (Graphit). In mehreren dünnen Schichten werden die Elektroden übereinander gestapelt.

Nano- Kleiderbürste

In Prietos Prototyp wird nun die Graphit- Elektrode durch Nanodrähte aus Antimonid ersetzt, einer speziellen Legierung aus Kupfer und dem chemischen Element Antimon. Trotz ihres winzigen Durchmessers - rund 50.000 passen gebündelt in ein menschliches Haar - haben diese Nanodrähtchen eine enorm große Oberfläche und können so doppelt so viel Lithium- Ionen speichern wie die gleiche Menge Graphit.

Dicht gepackt in dreidimensionaler Struktur sehen die Antimonid- Nanodrähte im 3D- Prototyp wie die Borsten einer Kleiderbürste aus. Im Gehäuse einer herkömmlichen Handy- Batterie werden sie mit einer dünnen Schicht aus Elektrolytmaterial überzogen und danach mit dem Lithium als Kathode umgeben.

Doppelt so lange Lebensdauer

Laut Prieto haben die Zellen eine etwa doppelt so lange Lebensdauer wie derzeitige Serienbatterien für Mobiltelefone. Die Chemikerin hat vor kurzem die Startup- Firma Prieto Battery  gegründet, um eine kommerzielle Version der Akkus zu entwickeln, die noch dünner und leichter sein soll als die derzeitigen Prototypen.

In etwa zwei Jahren könnten dann die ersten 3D- Batterien für Mobilgeräte serienreif sein. Danach wollen Prieto und ihr Team sich des Themas Autobatterie annehmen.

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