Samsung will Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus fast verdoppeln

Aufmacherbild: Samsung

Die Akkukapazität und somit die Laufzeit ist die Achillesferse von Smartphones und vielen anderen Mobilgeräten. Das Dilemma für die Hersteller ist bekannt: Auf der einen Seite sollen die Geräte immer dünner und leichter werden, auf der anderen Seite reicht die Leistung der eingebauten Akkuzellen bei intensiverer Nutzung selten über einen Tag.

Kein Wunder, dass alle Hersteller daran forschen, leistungsfähigere Akkus zu entwickeln – zumal Stromspeicher mit hoher Ladekapazität auch in vielen anderen Anwendungen wie etwa der Elektromobilität dringend benötigt werden. Samsung hat nun bekanntgegeben, dass es dem koreanischen Hersteller im Rahmen eines Forschungsprojekts gelungen ist, die bekannten Lithium-Ionen-Akkus so weiterzuentwickeln, dass sich ihre Leistungsfähigkeit fast verdoppelt.

Exakt um den Faktor 1,8 konnten die Samsung-Forscher die sogenannte Energiedichte – also die Speicherfähigkeit pro Volumen – steigern. Bei gleicher Baugröße könnten künftige Akkus, die nach dieser Technik arbeiten, also fast doppelt so viel Energie speichern wie bisher. Und dies übersetzt sich in doppelt so lange Nutzungsdauer beziehungsweise doppelt so große Reichweite – ein bemerkenswerter Erfolgt.

In einem vor kurzem veröffentlichten Forschungsbericht im Wissenschaftsmagazin „Nature“ beschreiben die Samsung-Ingenieure das von ihnen angewandte Prinzip: Demnach setzen sie in dem neuen Akkutyp für die Anoden (vereinfacht gesagt die Pluspole) das Material Silizium statt des bislang dafür üblichen Graphits ein. Auf diese Idee waren auch schon andere Forscher gekommen – stießen dabei allerdings auf das Problem, dass sich Silizium während des Aufladens der Batterie ausdehnt und beim Entladen wieder zusammenzieht.

Den Samsung-Ingenieuren gelang es nun, diesen Effekt zu unterdrücken, indem sie an den Silizium-Anoden das Material „Graphen“ anlagerten. Die Graphen-Lagen passen sich an die Ausdehnung des Siliziums an und erlauben es so, deren Volumenänderung zu kontrollieren.

 

Während reines Silizium sich beim Laden und Entladen zu stark ausdehnt, lässt sich dieser Effekt durch Anlagerung des Materials Graphen laut Samsung deutlich reduzieren.
Während reines Silizium sich beim Laden und Entladen zu stark ausdehnt, lässt sich dieser Effekt durch Anlagerung des Materials Graphen laut Samsung deutlich reduzieren.

Samsung berichtet, dass eine voll aufgeladene Akkuzelle eine Energiedichte von 972 Wattstunden bietet. Auf diesem Wert basiert die eingangs genannte Steigerung um den Faktor 1,8. Nach 200 Entlade- und Ladezyklen waren noch 700 Wattstunden verfügbar, was immer noch dem Faktor 1,5 gegenüber heute üblichen Li-Ion-Akkus bedeutet.

Noch funktioniert das Verfahren allerdings nur im Labor, für eine Massenproduktion sei es noch nicht reif. Ziel der Forscher ist es deshalb nun, die höhere Energiedichte über eine größere Anzahl von Ladezyklen zu erhalten.

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