Schweizer Forscher holen mehr Leistung aus Akkus

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Mehr Leistung aus herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus herausholen, das haben sich Forscher der ETH Zürich und vom PSI vorgenommen. Es gelang ihnen mit einer Anpassung bei einem einzigen Bauteil.

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Juliette Billaud, Mit-Erstautorin der neuen Studie, und Claire Villevieille, Leiterin der Forschungsgruppe für Batteriematerialien am Paul Scherrer Institut. (Quelle: Markus Fischer/Paul Scherrer Institut)

Die beteiligten Forscher von der ETH Zürich, von links nach rechts: André Studart, Mit-Erstautor Florian Bouville und Tommaso Magrini. (Quelle: ETH Zürich)

Die Grafitflocken in einer herkömmlichen Anode liegen kreuz und quer zueinander (oben links und mitte). Lithiumionen, die dort andocken oder wieder zurück zur Kathode wandern wollen, müssen Umwege gehen (oben rechts). Setzt man den Grafit jedoch einem rotierenden Magnetfeld aus (unten), so richten sich die Flocken in der Suspension alle vertikal und parallel zueinander aus. Diese Orientierung behalten sie auch nach Trocknen der Suspension bei (unten mitte). Die Ionen haben kürzere Wege (unten rechts). (Quelle: Grafik: Juliette Billaud, Florian Bouville, Tommaso Magrini/Paul Scherrer Institut, ETH Zürich)

Forscher der ETH Zürich und vom Paul Scherrer Institut (PSI) haben herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus verbessert. Bei ihrer Forschung konzentrierten sich die Wissenschaftler auf die Grafit-Anode, dem Minuspol des Akkus, wie das PSI mitteilt.

Ordnung unter Grafit-Wolken schaffen

Bei der herkömmlichen Herstellung einer Anode gruppiert sich das Grafit zu "dicht gepackten, winzigen Flocken", wie es in der Mitteilung heisst. Diese sind relativ chaotisch angeordnet. Die Forscher veranschaulichten diesen Zustand folgendermassen: "Man kann sich eine solche Anode wie dunkelgraue Cornflakes vorstellen, die kreuz und quer zu einem Müsli-Riegel gepresst sind". Beim Aufladen und entladen des Akkus müssen die Lithum-Ionen daher auf Umwegen durch dieses Wirrwarr fliessen. Gemäss den Forschern kommt es dabei zu erheblichen Verlusten.

Die Forscher schufen daher Ordnung bei den Grafitwolken. Dazu setzten sie bei der Herstellung der Anode an. Mit speziellen technischen Mitteln gelang es ihnen, die Grafit-Flocken parallel zueinander auszurichten, um die Wege für die "Lithium-Ionen so kurz wie möglich" zu gestalten.

Da mehr Ionen andocken können, wurde die Ladekapazität erhöht. Gleichzeitig könne ein Akku auch schneller aufgeladen werden. Die Forscher veränderten die Bauart und die chemische Zusammensetzung des Akkus sonst nicht.

Hersteller noch gesucht

Unter Laborbedingungen konnten die Forscher die Ladekapazität um bis das Dreifache steigern. In der Praxis erwarten die Forscher eine Steigerung von 30 bis 50 Prozent, da die Batterien sehr komplex aufgebaut sind.

Die Technologie befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium. Gemäss den Forschern könnte sie aber in ein bis zwei Jahren einsatzbereit sein. Dazu müsste aber noch ein Hersteller gefunden werden.

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