Neue Rezeptur Längere Laufzeit von Li-Ionen-Akkus

HRSEM-Bild eines 3D/2D-CuO-NIO Graphen-Nanokomposits als aktives Anodenmaterial.
HRSEM-Bild eines 3D/2D-CuO-NIO Graphen-Nanokomposits als aktives Anodenmaterial.

Wissenschaftlern der Universität Wien ist es gelungen, ein neues Anodenmaterial für die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus zu entwickeln. Die Forscher versprechen sich längere Laufzeiten und Lebensdauern der Batterien.

Die Anode von Lithium-Ionen-Akkus besteht bislang aus einem Kohlenstoff-Material wie Graphit. Ein Team aus internationalen Wissenschaftlern um Freddy Kleitz an der Universität Wien forscht seit längerem daran, die Laufzeit von Li-Ion-Akkus zu verlängern. Nun ist ihnen ein Durchbruch gelungen: sie haben ein nanostrukturiertes Material auf der Basis eines halbporösen Mischmetalloxids aus Kupfer und Nickel in Kombination mit Graphen für die Anode der Akkus entwickelt. Damit sollen die Akkus leistungsfähiger werden und eine höhere Lebensdauer erreichen.

Lithium-Ionen-Akkus sind in mobilen Geräten momentan weit verbreitet und sollen in Zukunft auch vermehrt in Elektroautos zum Einsatz kommen. Die Akkus zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte, eine hohe Anzahl an Ladezyklen und keinen Memory-Effekt aus. Nun scheinen die Forscher auf der Suche nach einem neuen Typen von aktivem Elektrodenmaterial fündig geworden zu sein. Laut Institutsvorstand Kleitz sei die Batteriekapazität mit bis zu über 3000 reversiblen Ladezyklen, sogar bei sehr hohen Strombelastungen von bis zu 1280 Milliampere, beispiellos.

Neues Kochrezept

Die Forscher haben eine Möglichkeit gefunden, die Vorteile von Metalloxid und Graphit zu kombinieren. Das neue Material ist wesentlich besser als das bisher verwendete reine Kohlenstoffmaterial. Kupfer und Nickel in Kombination mit dem elektrisch leitfähigen und stabilisierend wirkenden Graphen lautet die Rezeptur. Um das Material herstellen zu können, entwickelten die Wissenschaftler eine neue Kochprozedur für die Metalle. Durch Einsatz eines Nanocasting-Verfahrens schuf das Team geordnete Mischmetall-Oxid-Kügelchen, die eine hohe aktive Reaktionsfläche für den Austausch mit den Lithium-Ionen aus dem Elektrolyt der Batterie aufweisen. Über ein Sprühtrockenverfahren werden die Kügelchen anschließend mit mehreren Graphenschichten ummantelt. Bislang gilt der Einsatz von Li-Ion-Akkus in der Elektromobilität als problematisch. Durch die neuesten Forschungsergebnisse könnten bald neue, kleinere und effizientere Akkus hergestellt werden und damit ein Durchbruch in der Automobilbranche gelingen.