Nanotechnologie: US-Forscher entwickeln Superakkus

Smartphones gehen unter Volllast nach wenigen Stunden aus und Elektroautos sind wegen der geringen Reichweite unattraktiv. Schuld sind zu schwache Akkus. US-Forscher wollen nun eine Lösung gefunden haben. Sie haben mit Hilfe von Nanotechnologie einen Akku gebaut, der kleiner und wesentlich leistungsfähiger ist, als herkömmliche Energiespeicher.

US-Forscher Yi Cui und sein Team von der Universität Stanford in Kalifornien haben herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus um einen bedeutenden Schritt verbessert. Sie haben eine negative Elektrode (Anode) aus Lithium entwickelt. Bisher bestehen die Anoden in Akkus meistens aus Graphit oder Silizium. Der Vorteil von Lithium: Das Metall kann mehr Ionen aufnehmen und hat so eine höhere Energiedichte - es ist also sehr leistungsfähig. Zudem ist es äußerst leicht. Lithium werde deshalb auch als heiliger Gral der Akkutechnik bezeichnet, erklärte Yi Cui in einem Bericht der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“.

Lithium: Die Nachteile des Power-Metalls

Doch Lithium stellt die Forscher vor eine schwierige Herausforderung: Das Metall dehnt sich beim Laden aus und zieht sich beim Entladen wieder zusammen. Zudem können sich Metallablagerungen, sogenannte Dendriten, und Risse bilden. Dies beeinträchtigt die Leistungsfähigkeit des Akkus negativ.

Mit Nanotechnologie gegen negative Effekte

Um dieses Problem zu umgehen, nutzten die Forscher die Nanotechnologie. Sie umschlossen die Lithium-Anode mit einer 20 Nanometer dünnen Schicht aus Kohlenstoffhohlkügelchen. Diese Schicht unterbindet die unerwünschten Auswirkungen. Laut den Forschern macht das Lithium den Akku auch sicherer. Es werde weniger Wärme freigesetzt als bisher, was das Risiko von Überhitzen und Feuer verringere.

„Die Akkukapazität um das Vierfache erhöhen“

Yi Cui hat schon Vorstellungen, wie die Weiterentwicklung Anwendung finden könnte. „Es wäre spannend, die Akku-Kapazität um das Vierfache zu erhöhen. Vielleicht könnte man Smartphones mit der doppelten oder dreifachen Ausdauer bauen. Oder ein Elektroauto mit einer Reichweite von 300 Meilen, das nur 25.000 Dollar kostest“, schwärmt er.

Superakku ist noch nicht perfekt

Noch müssen die Forscher den Superakku perfektionieren. Nach Angaben von Yi Cuis Team hat ihr Akku nach 150 Ladezyklen einen coulombischen Wirkungsgrad von 99 Prozent. Das heißt, dass sich dann noch 99 Prozent der aufgeladenen Energie wieder abrufen lässt. Das Forscherteam strebt allerdings einen Wert von 99,9 Prozent an – dieser ist für die Massenproduktion von Akkus erforderlich.

Akkulebensdauer mit Akkupacks verlängern

Wann der Superakku von Herstellern verbaut wird, ist unklar. Bis dahin können Nutzer von mobilen Devices die Akkulebensdauer ihrer Geräte mit Akkupacks verlängern. Dies sind kleine portable Energiespeicher mit verschiedenen Anschlüssen, sozusagen Steckdosen zum Mitnehmen. An ihnen lassen sich Smartphone, Digitalkamera und Notebook aufladen, auch wenn gerade keine Steckdose in der Nähe ist.