SiliconX: Norwegische Silizium-Li-Ionen-Akkus

23. Juli 2018, 14:52 Uhr
Silizium-Nanopartikel. Bild: IFE.
Silizium-Nanopartikel. Bild: IFE.
Silizium kann wesentlich mehr Lithium einlagern als das konventionell bei Li-Akkus als Anodenmaterial verwendete Graphit. Die angenehme Folge: Li-Akkus mit Silizium-Anoden haben im Prinzip die Fähigkeit für eine fast zehnfache Kapazität gegenüber konventionellen Akkus mit Graphit-Anoden. An dieser Stelle kommt das große ABER, das die Vorteile von Silizium zu einer Art Radio-Eriwan-Meldung macht: Im Prinzip stimmt das mit der hohen Kapazität, doch mit jeder Aufnahme und Abgabe von Lithium-Ionen beim Laden und Entladen ist die Silizium-Anode enormen Größenschwankungen (bis 400 %) unterworfen, was schon nach wenigen Zyklen beginnt, die Struktur der Anode zu zerstören und damit die nutzbare Kapazität deutlich zu reduzieren. Es ist also nicht so einfach mit dem Si/Li-Akku. Wegen der potentiellen Vorteile aber wird weltweit an Optimierungen geforscht.

Bisher wurden schon etliche Vorschläge für eine Stabilisierung von Silizium-Anoden gemacht, doch bislang hat es kein Verfahren aus dem Labor in die reale Massenproduktion geschafft – trotz der normen ökonomischen Potentiale, die so ein Akku bergen würde. Doch das norwegische IFE behauptet nun, dass die von ihm entwickelte Technologie das Problem gelöst hätte. Details sind zwar noch nicht bekannt, doch spricht das IFE von einer stabilen Silizium-Anode bei immerhin um den Faktor 3 bis 5 gesteigerten Kapazität im Verglich mit konventionellen Akkus auf der Basis von Graphit-Anoden. Nicht ganz so viel wie bei Silizium denkbar wäre, aber trotzdem ein Hammer z. B. für die Elektromobilität, wenn man solche Akkus in Großserie produzieren könnte. Die Patentierung des Verfahrens läuft immerhin schon ;-)

Wie so oft gilt auch hier: Im Labormaßstab funktioniert die Methode bei kleinen Akkus schon mit guten Resultaten. Der norwegische Forschungsrat unterstützt die Forschungen im Rahmen des FORNY2020-Programms. Derzeit wird das Verfahren mit internationalen Industriepartnern weiter getestet, um die Kompatibilität mit industrieller Fertigung auszuloten.

Das neue, SiliconX genannte Anodenmaterial besteht aus Nanopartikeln, die als Matrix aus Silizium zusammen mit anderen Materialien strukturiert ist. Diese anderen Materialen reduzieren zwar die mögliche Kapazität gegenüber reinem Silizium, sorgen aber für eine ausreichende Stabilität und verhindern die massiven Volumenschwankungen der Anode. Der so erzielte Kompromiss führt immerhin noch zu einer sensationellen Verdreifachung bis maximal einer Verfünffachung der Kapazität gegenüber Graphit.

 
Kapazität vs. Zyklen verschiedener Anoden. Bild: IFE.
Kapazität vs. Zyklenzahl:
  • Schwarz: reine -Silizium-Anoden (oben)
  • Türkis: SiliconX-Anode (mitte)
  • Grau: konventionelle Anoden (unten)
     
Quelle: IFE
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