Eine bisher nicht gelöste, jedoch gravierende Schwachstelle beim Betreiben mobiler Geräte, sind die Lauf- und Ladezeiten der für ihren Betrieb erforderlichen Batterien. Nun ist es Forschern der US-amerikanischen Northwestern Universität jedoch gelungen, die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus um etwa das Zehnfache zu steigern. Ergänzend dazu konnte die Dauer des Aufladens auf nur noch 15 Minuten gesenkt werden.
Veröffentlicht wurden Einzelheiten zu diesem Forschungsergebnis in der Fachzeitschrift „Advanced Energy Materials“. Entscheidend für das erreichte Ergebnis ist eine verbesserte Materialstruktur der Anode, die in einem „Sandwich-Design“ zum Ausdruck kommt.
Die in einem Li-Ionen-Akku ablaufende chemische Reaktion besteht in der Wanderung der Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode während des Betriebs des Gerätes und dem umgekehrten Ablauf während des Ladevorganges. Dieser Vorgang verläuft in einer Elektrolytlösung. Eine Begrenzung der Kapazität erfolgt dabei durch die Anzahl der Ionen auf Anode und Kathode, während die Zeit des Aufladens durch die Durchsatzgeschwindigkeit der Ionen durch das Elektrolyt bestimmt wird.
Bisher besteht das Material der Anode aus Schichten von Graphenblättchen, die nur eine Atomschicht dünn aber sehr lang sind. Die damit erreichbare Kapazität wird hauptsächlich von der Tatsache beeinflusst, dass jeweils sechs Kohlenstoffatome immer nur ein Lithium-Atom binden können. Geschwindigkeitsverluste entstehen durch den langen Weg der Ionen bis zur Mitte der langen Graphenblätter.
Die jetzt erzielte wesentliche Verbesserung besteht darin, dass zwischen die Graphenblättchen der Anode in einer Sandwich-Anordnung Silizium zwischengelagert wird, das wesentlich mehr Ionen aufnehmen kann als der Kohlenstoff. Durch zusätzliche winzige Löcher in den Graphenschichten wurde eine schnellere Rückkehr der Ionen während des Ladevorgangs von der Kathode zur Anode möglich gemacht.
Einziger Wermutstropfen dieser Erfolgsmeldung ist die Anmerkung, dass für die Herstellung der Serienreife dieser verbesserten Akkus noch drei bis fünf Jahre an Zeit vergehen dürften.
