Anodenmaterial von Li-Ionen-Akkus An Silizium laden – nicht an Kohlenstoff

Ist Silizium als Anodenmaterial eine sinnvolle Alternative zu Graphit?
Ist Silizium als Anodenmaterial eine sinnvolle Alternative zu Graphit?

Die Anode von Li-Ionen-Akkus besteht in der Regel aus Graphit. Der Nachteil von Graphit: Seine geringe Ladungskapazität. Ein alternatives Anodenmaterial könnte Silizium sein.

Der gängigste Anodentyp in Lithium-Ionen-Akkumulatoren besteht aus Kohlenstoff in seiner Graphitmodifikation. Jedoch ist die Ladungskapazität von Graphit relativ niedrig. Silizium stellt mit seiner fast zehnmal so hohen theoretischen Ladungskapazität eine naheliegende Alternative zu Kohlenstoff dar. Allerdings ist bei Silizium als Anodenmaterial der Lade- und Entladevorgang problematisch, denn Ausdehnen und Schrumpfen während der Ladezyklen führt zu Pulverisierung und Kapazitätseinbruch.

Nun wurde an der Shangdong-Universität in China eine amorphe poröse Siliziummodifikation hergestellt, die diese Nachteile kompensiert. Auf den amorphen Zustand von Silizium haben die Wissenschaftler unter der Leitung von Jian Yang zurückgegriffen, weil das Silizium durch die elektrochemische Lithiierung/Delithiierung sowieso amorph wird und folglich von vornherein dieser Zustand verwendet werden kann.

Allerdings ist es schwierig, amorphes Silizium gezielt herzustellen, besonders wenn einfache Bedingungen gefordert sind. Hier haben sich die Forscher schließlich für verhältnismäßig sichere Ausgangsmaterialien wie zum Beispiel einen gängigen Glycolehter als Lösungsmittel und leicht handhabbare Flüssigkeiten. Dadurch sollte das neue Verfahren auch für eine künftige Massenproduktion attraktiv sein.

Das auf diese Weise hergestellte amorph-poröse Silizium besitzt eine dreimal so hohe Kapazität wie Graphit und weist eine deutlich bessere Zyklenstabilität auf als kristallines Silizum. Die Forscher vermuten, dass die elektrochemische Leistungsfähigkeit noch besser wird, wenn der Struktur noch etwas Kohlenstoff zugesetzt wird.