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Batterie-Design auf der Nanoskala: Forscher entwickeln maßgeschneiderte Lithium-Ionen-Akkus

Die Beschaffenheit der POM-Kristalle auf den Kohlenstoff-Nanoröhrchen lässt sich durch die Ultraschall-Intensität beeinflussen
Die Beschaffenheit der POM-Kristalle auf den Kohlenstoff-Nanoröhrchen lässt sich durch die Ultraschall-Intensität beeinflussen

Forscher der Universität Ulm haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Lithium-Ionen-Batterien maßschneidern lassen. Um die Akkus zu optimieren, benötigen die Wissenschaftler Kohlenstoff-Nanoröhrchen sowie Metalloxide in Molekülform (POMs).

Erste Tests verheißen eine schnellere Be- und Entladung der Batterien. Die Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift „Energy and Environmental Science“ veröffentlicht wurden, seien vor allem für die Elektromobilität relevant, berichtet die Uni Ulm.

 

Ladezeiten von Lithium-Ionen-Akkus sollen verkürzt werden

An Materialien zur Leistungssteigerung von Batterien wird weltweit intensiv geforscht. Es gilt beispielsweise, Metalloxide zu ersetzen, die als relativ schlechte Stromleiter für lange Ladezeiten von Lithium-Ionen-Akkus verantwortlich sind. Auf der Festkörperebene fällt es Wissenschaftlern jedoch schwer nachzuvollziehen, warum eine Batterie besser funktioniert als eine andere.

Die Forschergruppe hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Prozesse auf der Nanoskala nicht nur verstehen, sondern auch gezielt beeinflussen lassen. Auf diese Weise wollen die Batterieforscher stabile und leistungsfähige Elektroden für Lithium-Ionen-Akkus nach ihren Wünschen maßschneidern.

 

Dicke der POM-Schicht lässt sich per Ultraschall einstellen

Auf Kationen, die an der Oberfläche von Kohlenstoff-Nanoröhrchen kleben, lassen die Wissenschaftler eine beliebig dicke Schicht aus Metalloxiden in Molekülform (Polyoxometallate/POMs) aufwachsen. Nun können sie an verschiedenen Stellschrauben drehen und so die Eigenschaften der Elektrode auf molekularer Ebene beeinflussen.

„Zum einen lässt sich die Dicke der Polyoxometallat-Schicht per Ultraschall einstellen. Eine weitere Möglichkeit ist die chemische Veränderung der Kationen und der POMs“, erklärt Professor Streb. Zuvor müssten die in Pulverform vorliegenden Nanoröhrchen jedoch im Ultraschallbad „vereinzelt“ und in ein gemeinsames Reaktionsmedium mit den Polyoxometallaten gebracht werden.

 

Erste Tests vielversprechend

Erste Tests seien vielversprechend verlaufen und deuteten auf eine schnellere Be- und Entladung entsprechend maßgeschneiderter Batterien gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus hin. Doch noch ist die Herstellung und Aufreinigung der Kohlenstoff-Röhrchen schwierig und kostspielig.

Die aktuelle Studie der Wissenschaftler wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dem Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) und dem „National Basic Research Program of China“ unterstützt.

 

21.03.2016 | Quelle: Universität Ulm | solarserver.de © Heindl Server GmbH

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