13.12.2018 12:11 |

Lithium-Ionen-Akkus

Längere Laufzeit: Neues Anoden-Material entwickelt

Chemiker der Universität Wien haben ein neues Anoden-Material entwickelt, das Lithium-Ionen-Akkus mit mehr Leistung und längerer Lebensdauer verspricht. Das Material kombiniert ein poröses Mischmetalloxid mit Graphen, berichten die Wissenschaftler im Fachjournal „Advanced Energy Materials“, das der Arbeit die Titelgeschichte widmet.

An Lithium-Ionen-Akkus führt derzeit kein Weg vorbei, kombinieren sie doch eine hohe Energiedichte mit einer hohen Anzahl möglicher Ladezyklen und haben keinen Memory-Effekt. Um die Batterien noch leistungsfähiger und langlebiger zu machen und damit auch für Großgeräte etwa in der Elektromobilität einsetzen zu können, werden neue Materialien für die Elektroden gesucht.

Die Forscher um Freddy Kleitz vom Institut für Anorganische Chemie der Universität Wien meinen nun, mit einer nanostrukturierten Verbindung Kupfer-Nickel-Oxid und Graphen fündig geworden zu sein. Ihr Anoden-Material steigert die elektrochemische Leistung der Akkus deutlich: „Die Batteriekapazität war mit bis zu über 3000 reversiblen Ladezyklen, sogar bei sehr hohen Strombelastungen von bis zu 1280 Milliampere, beispiellos“, so Kleitz in einer Aussendung. Heute verlieren Lithium-Ionen-Akkus nach etwa 1000 Ladezyklen an Leistungsfähigkeit.

Positive Eigenschaften beider Stoffe kombiniert
Das neue Anodenmaterial kombiniert die positiven Eigenschaften von Graphit, aus dem die Anode herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus besteht, mit jenen von Metalloxiden. Diese weisen eine höhere Batteriekapazität als Graphit auf, sind aber eher instabil und wenig leitfähig. Die Forscher haben einen Weg gefunden, die positiven Eigenschaften beider Stoffe in einer neuartigen Verbindung bestmöglich zu nutzen.

Sie stellten dafür nanoporöse Kügelchen aus Kupfer-Nickel-Oxid her, die aufgrund ihres Poren-Netzwerks eine sehr große aktive Reaktionsfläche für den Austausch mit den Lithium-Ionen aus dem Elektrolyt der Batterie aufweisen. Dann wurden diese Oberfläche mit einer hauchdünnen Schicht von Graphen - eine nur eine Atomlage dünne Schicht aus Kohlenstoffatomen - überzogen.

Weil es sich um einen wasserbasierten Prozess handelt, sei die Herstellung des Anodenmaterials nicht nur einfach und effizient, sondern auch „umweltfreundlich und bereit zur Anwendung auf industrieller Ebene“, so Kleitz.

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