Höhere Kapazitäten von Lithium-Ionen-Akkus

Forscher der Technischen Universität München (TUM), Garching, haben zusammen mit der Fakultät für Physik der Universität Augsburg und dem Department of Materials and Environmental Chemistry der Universität Stockholm einen Weg gefunden, die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus weiter zu steigern. Bisher besteht die negative Elektrode meist aus Graphit, dessen Schichten eine begrenzte Menge an Lithium einlagern können.

Lädt man einen Lithium-Ionen-Akku, entstehen Lithium-Atome. Die Graphitschichten der negativen Elektrode nehmen sie auf. Doch die Kapazität des Graphits ist begrenzt: Auf sechs Kohlenstoff-Atome kommt maximal ein Lithium-Atom. Silicium könnte bis zu zehnmal mehr Lithium aufnehmen. Aber leider dehnt es sich dabei stark aus, was bei der Anwendung als Akku zu bisher nicht gelösten Problemen führt. Auf der Suche nach einer Alternative zu reinem Silicium gelang es, aus Bor und Silicium eine völlig neue Gerüststruktur aufzubauen, die sich als Elektrodenmaterial eignen könnte. Ähnlich wie die Kohlenstoff-Atome im Diamanten sind die Bor- und Silicium-Atome im neuen Lithium-Borsilicid (LiBSi2) tetraederförmig miteinander verbunden. Doch anders als der Diamant bilden sie zusätzlich Kanäle aus. Im Hochdrucklabor des Departments of Chemistry and Biochemistry der Arizona State University gelang es, die Ausgangsstoffe Lithiumborid und Silicium zur Reaktion zu bringen. Bei einem Druck von 100.000 Atmosphären und Temperaturen um 900° Celsius bildete sich das gewünschte Lithium-Borsilicid.Lithium-Borsilicid ist gegenüber Luft und Feuchtigkeit stabil und widersteht auch Temperaturen bis zu 800° Celsius. Als nächstes wollen die Forscher näher untersuchen, wie viele Lithium-Atome das Material aufnehmen kann und ob es sich beim Ladevorgang ausdehnt. Aufgrund seiner Kristallstruktur etwa könnte das Material sehr hart sein, was es auch als Diamant-Ersatz interessant machen würde.

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