Kapazität und HaltbarkeitSeetang stärkt Akkus
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Feingepulvertes Silizium, vermischt mit dem natürlichen Klebstoff Alginat, ergibt eine Elektrode, die achtmal mehr Energie speichert als übliche Elektroden.
Mit einer Substanz aus gewöhnlichem Seetang könnten Akkus deutlich mehr Strom speichern und dazu noch länger halten. Das berichten Wissenschaftler um Gleb Yushin vom Georgia Institute of Technology und Igor Luzinov von der Clemson-Universität im US-Fachjournal "Science". Die Forscher haben Elektroden gebaut – unverzichtbare Teile eines jeden Akkus –, deren einzelne atomare Bestandteile mit Alginat als Klebstoff zusammengehalten werden. Dieses langkettige Molekül gewinnt man aus braunen Algen wie dem Riesenseetang Macrocystis pyrifera. Es dient in der Lebensmittel-, Pharma-, und Kosmetikindustrie als Verdickungsmittel. Dank der neuartigen Elektroden besitzen die experimentellen Lithium-Ionen-Akkus nach Angaben der Forscher eine achtfach höhere Kapazität als solche mit heute üblichen Elektroden. Sie können also bis zu achtmal mehr Energie speichern.
Die negativen Elektroden unserer heutigen Lithium-Ionen-Akkus bestehen größtenteils aus Graphit, einer Form des Kohlenstoffs. In ihm sind die Lithium-Atome eingelagert, die beim Entladen des Akkus ihre Elektronen abgeben und anschließend als positive Teilchen durch eine gelartige Substanz zur positiven Elektrode wandern. Statt Graphit verwendeten Igor Kovalenko und seine Kollegen jetzt das Halbmetall Silizium: Feingepulvertes Silizium vermischten sie mit dem natürlichen Klebstoff Alginat und formten daraus die Elektrode. Mit Erfolg: In Lade- und Entladeversuchen zeigten sich die Elektroden stabil über 1300 Zyklen hinweg.
Alternative zu Graphit
Silizium gelte unter Experten schon länger als eine gute Alternative zu Graphit, schreiben die Forscher. Jedoch schwellen Elektroden aus Silizium während des Akkubetriebs stark an – durch diese starken Volumenänderungen sinkt die Lebensdauer. Dagegen helfe Alginat: Es bilde viele Bindungen mit dem Silizium aus, werde hart und steif und verhindere so das Anschwellen. Die Poren innerhalb der Elektrode, die sich bei ihrer Herstellung bilden, seien von ihrer Größe und Zahl zudem genau richtig, damit die Lithium-Teilchen gut durch die Elektrode wandern könnten, was für die Funktionalität des Akkus ganz entscheidend ist.
Erste Versuche der Wissenschaftler eröffnen auch Verbesserungsmöglichkeiten jenseits von Silizium-Elektroden: "Die Eigenschaften des Alginat könnten auch Vorteile bei anderen Elektroden bringen, etwa bei traditionellen Graphitelektroden", heißt es in "Science". So wird der heute übliche Klebstoff für die Graphitelektroden mit einem giftigen Lösungsmittel hergestellt. Dieser derzeitige Klebstoff lasse sich möglicherweise durch das umweltfreundliche Alginat aus braunen Algen ersetzen.