Forschung: Handy-Akku in nur 15 Minuten aufladbar

Markteinführung der Erfindung in 3 - 5 Jahren möglich

Wissenschaftler der Northwestern University in Illinois haben die Eigenschaften derzeit marktüblicher Akkus für Mobiltelefone untersucht und eine Materialkombination entwickelt, die ein Zehnfaches an Kapazität verspricht und außerdem binnen 15 Minuten aufgeladen werden kann. In drei bis fünf Jahren könnten die neuen Akkus marktreif sein.

Es mangelt an Energiedichte und Aufladegeschwindigkeit
Die momentan verbreiteten Akkus in Smartphones, Tablet-PC und MP3-Playern stoßen aufgrund zweier physikalischer Probleme an ihre Grenzen. Sie sind sowohl hinsichtlich ihrer Energiedichte als auch in Bezug auf die Aufladegeschwindigkeit beschränkt. Grund hierfür ist die Verwendung des Kohlenstoffs Graphit als Anode (Minus-Pol), den man aus seiner Verwendung als Bleistiftmine kennt. Diese Graphit-Anode kann aufgrund ihrer molekularen Struktur nur eine begrenzte Anzahl positiv geladener Lithium-Ionen aufnehmen.

Die Innovation: eine Kombination aus Graphenen und Silizium
Die Wissenschaftler erreichten eine Steigerung dieser Aufnahmekapazität auf das 24-fache durch eine Einlagerung von Silizium zwischen den Graphitschichten. Aufgrund seiner thermischen Eigenschaften verliert Silizium jedoch schnell seine Aufnahmefähigkeit. Das liegt daran, dass sich das Material beim Prozess des Aufladens stark ausdehnt und seine Struktur verliert.

Eine Kombination aus Graphenen und Silizium brachte dann den erwünschten Erfolg. Eingebettet in die Graphit-Schichten waren die Auswirkungen des beschriebenen Effektes deutlich geringer. Ein weiterer Vorteil: die Ladefähigkeit bleibt sogar dann erhalten, wenn die Struktur verloren geht.

Ein Trick in Form eines künstlich herbeigeführten Defektes erlaubt kurze Aufladezeiten. In den Graphit-Schichten wurden mittels eines chemischen Prozesses Löcher eingebracht, die etwa 10 bis 20 Nanometer messen. Durch sie wandern die Ionen direkt durch die großen Graphit-Ketten und docken sozusagen am Silikon an. Dadurch wird der Ladeprozess zeitlich auf etwa zehn Minuten zusammengestaucht.