Lithium-Ionen-Akkus: Stärker durch Silizium, aber auch Probleme

Es gibt zwar viele Projekte, Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterie zu finden. Doch der Klassiker wird so schnell nicht verschwinden, daher ist seine Verbesserung ebenso wichtig. Einen entscheidenden Schritt könnte man hier mit dem Einsatz von Silizium-Anoden gehen. Seit der Entwicklung der Lithium-Ionen-Akkus in den 1990er-Jahren ist Grafit das Anodenmaterial der Wahl. Allerdings stößt Grafit an die Grenzen seiner Energiedichte. Silizium -Anoden haben hier das Potenzial, die gravimetrische und volumetrische Energiedichte erheblich zu verbessern, berichtete das Fachmagazin EETimes.

Es geht dabei allerdings nicht nur um eine Leistungssteigerung von einigen Prozent. Theoretisch haben Si-Anoden eine 10-fach höhere Energiedichte als Grafit-Anoden. Dieses Maximum dürfte in der Praxis kaum erreicht werden, da es große Schwierigkeiten beim Einsatz reinen Siliziums gibt. "Im Gegensatz zu Grafit, wo das Lithium tatsächlich in die Zwischenräume der atomaren Struktur eindringt, verbindet sich Silizium mit dem Lithium, wodurch das Silizium viel größer wird und buchstäblich aufquillt", erklärte Taj Talluri, Chef von Enovix.

Problem der Ausdehnung

Trotzdem ist aber eine Vervielfachung der Akkukapazität machbar. Die Hersteller arbeiten beispielsweise an Misch-Formen, in denen Silizium in Grafit eingelagert und ein Kompromiss zwischen steigender Energiedichte und Ausdehnung gefunden wird. Daher ist man sich in der Branche über die Bedeutung der Entwicklung sicher: "Si-Anoden werden als eine der wichtigsten Zukunftstechnologien für die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien gehandelt", kommentierte Francis Wang, Chef der NanoGraf Corp, einer Ausgründung der Northwestern University und des Argonne National Laboratory.

Mehrere Batteriehersteller arbeiten bereits an Umsetzungen, mit denen sich entsprechende Zellen in Massenproduktion herstellen lassen. Insbesondere bei Elektronik-Produkten wie Smartphones und Notebooks soll das ordentliche Laufzeitverlängerungen bringen. Denn hier hat die Akku-Technik nicht mit dem Bedarf an immer leistungsfähigeren Hardware-Komponenten schrittgehalten, sodass der Strom unterwegs schnell mal zur Neige gehen kann.

Und auch bei Elektroautos sind im Grunde Reichweitensteigerungen möglich. Allerdings dürfte die höhere Energiedichte hier vor allem dazu genutzt werden, kleinere und leichtere Akkus zu verbauen. Immerhin genügt die Reichweite der heutigen Modelle für nahezu alle Szenarien der Nutzung völlig aus, längere Strecken werden nur vergleichsweise selten gefahren. Daher ließe sich der Absatz von Elektroautos mit kleineren Akkus eher durch niedrigere Preise anschieben.


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