Nanodrähte aus Silizium für 10 Mal mehr Akkulaufzeit

Wissenschaftler von der US-Universität Stanford haben einen Weg gefunden, wie man unter Verwendung von Siliziumdrähten im Nanometermaßstab die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus stark steigern kann. Li-Ion-Akkus kommen in nahezu allen tragbaren Elektronikgeräten zum Einsatz. Mit dem Konzept der US-Forscher sollen neue Akkus für eine Verzehnfachung der aktuell möglichen Laufzeit von Multimedia-Playern oder auch Laptops sorgen können. Ein mobiler Computer, dessen aktueller Lithium-Ionen-Akku bereits nach zwei Stunden "leer" ist, würde so künftig bis zu 20 Stunden genutzt werden können.

Die Wissenschaftler um Yi Cui, der das Forschungsprojekt leitet, sehen in ihrer Entwicklung nicht nur eine kleine Verbesserung, sondern eine Revolution. Sie haben ihre Erkenntnisse in in einem ausführlichen Papier dokumentiert, das in dieser Woche veröffentlicht wurde.

Die Marktchancen für ihre Erfindung schätzen die Forscher als gut ein, weil die Infrastruktur zur Verarbeitung von Silizium bereits seit Jahren existiert. Dadurch sollen erste Produkte auf Basis der neuen Technologie innerhalb kürzester Zeit auf den Markt kommen können.

Durch die Verwendung von Siliziumdrähten in der Anode von Lithium-Ionen-Akkus steigt die Kapazität um ein Vielfaches. Silizium hat eine wesentlich höhere Kapazität als Kohlenstoff, der bisher als Anode der Akkus verwendet wird. Bisher hatte die Verwendung von Silizium allerdings einen großen Nachteil.

Beim Absorbieren positiv geladener Lithiumatome während des Ladevorgangs schwillt Silizium normalerweise stark an. Bei der Abgabe der Atome schrumpft es dann wieder, wodurch das Silizium, welches meist in Form von Partikeln auf einem dünnen Film eingesetzt wird, pulverisiert wird und der Akku an Leistung verliert.

Wird Silizium in Form von Nanodrähten verwendet, entfällt dieser Nachteil, weil die Drähte zwar anschwellen und schrumpfen, aber ihre Struktur erhalten bleibt. Daher kann die eigentlich schon seit Jahren erforschte Technologie nun auch praktische Anwendung finden, weil nun keine Probleme hinsichtlich der Kapazität und Lebensdauer bestehen.

Cui geht davon aus, dass schon bald erste Produkte auf Basis der neuen Technologie erhältlich sein werden. Das Konzept wurde bereits zum Patent angemeldet. Nun denkt man über die Gründung eines Unternehmens für die Kommerzialisierung der Idee oder eine Zusammenarbeit mit einem Akkuhersteller nach. Eine Massenproduktion soll problemlos möglich sein, heißt es.