Der Super-Akku

Cambridge (USA) - Von Handys bis zu Elektroautos: Akkumulatoren spielen in der modernen Technik eine wichtige Rolle. Doch einerseits dauert es lange, die Energiespeicher aufzuladen, andererseits ist es nicht möglich, kurzfristig große Energiemengen aus ihnen abzurufen. Jetzt haben zwei amerikanische Forscher haben ein Material entwickelt, das eine rasche Auf- und Entladung von Lithium-Akkus möglich macht. Die Wissenschaftler präsentieren ihr Verfahren in der aktuellen Ausgabe des Fachblatts "Nature".

"Akkumulatoren können eine große Menge an Energie speichern", erläutert Gerbrand Ceder vom Massachusetts Institute of Technology im amerikanischen Cambridge, "deshalb kann man mit einem Elektroauto lange fahren. Doch die Leistungsdichte ist gering - deshalb kann man nicht stark beschleunigen." Zudem dauert die Aufladung der Akkus bei einem Elektroauto mehrere Stunden.

Vor fünf Jahren machte Ceder mit seiner Arbeitsgruppe eine überraschende Entdeckung: Computersimulationen von Lithium-Eisen-Phosphat, einem Standardmaterial für Lithium-Akkus, zeigten, dass sich die Lithium-Ionen darin extrem schnell bewegen können. Bis dahin hatten die Forscher gedacht, die langsame Bewegung dieser elektrischen Ladungsträger behindere die schnelle Auf- und Entladung von Lithium-Akkus.

Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Lithium-Ionen nur an bestimmten Stellen des Kristallgitters durch das Metalloxid hindurch wandern. Dadurch kommt es an der Oberfläche des Materials gewissermaßen zu einem Stau: Nur die wenigen Ionen, die sich direkt an einem "Eingang" des Kristallgitters befinden, können rasch in das Metalloxid eindringen. Gemeinsam mit seinem Studenten Byoungwoo Kang entwickelte Ceder eine Beschichtung, die den Transport der Lithiumionen an der Oberfläche des Metalloxids beschleunigt. In ersten Experimenten konnten die Forscher einen Prototyp des Super-Akkus innerhalb von 10 bis 20 Sekunden vollständig auf- und entladen. Ohne die Beschichtung dauerte der Vorgang dagegen jeweils sechs Minuten. Da das von Ceder und Kang verwendete Material nicht neu ist, sondern bereits für Akkus verwendet wird, rechnen die Forscher mit einer schnellen Kommerzialisierung des Verfahrens. Schon in drei Jahren könnte der Super-Akku zur Marktreife gelangen.