Forscher wollen Batterie-Kapazität um das Sechsfache steigern

Berlin – Die kostengünstige Speicherung von Strom ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Forscher des Helmholtz Zentrums Berlin wollen nun die Kapazität von Lithium-Ionen Akkus deutlich steigern. Dazu setzen Sie auf ein weit verbreitetes chemisches Element.

Forscher des Helmholtz Zentrums Berlin (HZB) vom Institut für weiche Materie und funktionale Materialien wollen die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus um das Sechsfache steigern. Der Einsatz des Halbleitermaterials Silizium ist vielversprechend.

Silizium-Anoden speichern mehr Ionen

Bisher bestehen die Anoden von Lithium-Ionen-Akkus meist aus Graphit. Bei einem Einsatz von Silizium könnten aber deutlich mehr Ionen aufgenommen werden. Das HZB-Forscher-Team um Prof. Dr. Matthias Ballauff hat nun erstmals beobachtet, wie Lithium-Ionen in Silizium einwandern. Die Ionen lagern sich nur in der unmittelbaren Grenzschicht ein, weshalb eine nur 20 Nanometer dünne Schicht Silizium reichen würde, um die Akkukapazität erheblich zu steigern.

Theoretische Akku-Kapazität steigt um das Sechsfache - Probleme müssen noch gelöst werden

Wie Dr. Beatrix-Kamelia Seidlhofer errechnet hat, liegt die theoretische Kapazität solcher Lithium-Ionen Akkus mit Silizium bei 2.300 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g). Das ist mehr als das Sechsfache der theoretisch maximal erreichbaren Kapazität bei einem Lithium-Ionen-Akku, der mit Graphit arbeitet (372 mAh/g). Dementsprechend könnte die Speicherkapazität der Akkus deutlich erhöht werden, wenn ihre Anode statt aus Graphit aus Silizium besteht.

Ganz so einfach ist die praktische Umsetzung aber noch nicht und die Forscher müssen u.a. noch ein besonderes Problem lösen. Silizium ist zwar in der Lage, enorme Mengen an Lithium aufzunehmen. Allerdings zerstört das Einwandern der Lithium-Ionen die Kristallstruktur des Siliziums. Dabei kann das Volumen auf das Dreifache anschwellen, was zu großen mechanischen Spannungen führt.