Archiv für den Monat: August 2016

Innovation in der Energiespeicherung

Wunderakku fürs Smartphone hält doppelt so lange

Das wäre ein Durchbruch in der Akku-Technik: Ein Absolvent des berühmten MIT in Cambridge hat einen Akku entwickelt, der die Reichweite von Autos und die Einsatzzeit von Smartphones nicht nur verdoppeln soll. Er ist auch noch extrem sicher, weil er nichts Brennbares enthält.

Hauchdünne Lithiumfolie

Die MIT-Forscher erhöhen die Leistung ihrer Akkus bei gleicher Baugröße wie herkömmliche Speicher durch die Verwendung einer extrem dünnen Lithiumfolie und einer ionischen Flüssigkeit, mit der die Elektroden isoliert werden.

Foto: SolidEnergy Systems

Drohnen einiger Hersteller werden ab 2017 länger aktiv bleiben als bisher. Sie werden mit Batterien von SolidEnergy Systems ausgestattet, einer Ausgründung aus dem berühmten Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge. Bei gleicher Größe haben sie eine doppelt so hohe Kapazität wie herkömmliche Akkus.

„Das ist eine aufregende und edle Anwendung“, sagt Qichao Hu, CEO des 2012 gegründeten Unternehmens. „Denn mehrere Kunden setzen Drohnen und Ballone ein, um Dritte-Welt-Regionen mit freiem Internet zu versorgen, sowie als Überwachungs- und Informationssysteme bei Katastrophen.“

Im gleichen Jahr soll es die ersten Batterien für Smartphones und so genannte Wearables geben, also tragbare Elektronikprodukte wie Smartwatches. 2018 sollen die ersten Akkus für Elektroautos ausgeliefert werden.

Erste Demo brachte zwölf Millionen Dollar ein

Im Oktober 2015 demonstrierte Hu die Leistungsfähigkeit seiner Batterie in einem iPhone 6. Das kam bei den Geldgebern gut an. Sie machten gleich zwölf Millionen Dollar locker, um die Entwicklung der Batterie zur Serienreife zu sichern.

Der MIT-Ingenieur Qichao Hu hat einen Akku mit doppelter Kapazität herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus entwickelt.

Foto: SolidEnergy Systems

Die Anode der Lithium-Metall-Batterie, die Hu entwickelt hat, besteht nicht aus Graphit, Kohlenstoff oder einer dicken Lithiumplatte, sondern aus einer extrem dünnen Lithiumfolie. Das reduziert den Platzbedarf auf die Hälfte, ohne dass es Einbußen bei der Kapazität gibt.

Doch die ersten Prototypen funktionierten erst bei einer Temperatur von 80 °C, waren also für die Praxis unbrauchbar. „Wenn die Batterie nicht bei Zimmertemperatur arbeitet, sind die Anwendungsmöglichkeiten beschränkt“, sagt Hu.

Die Lösung war ein Hybrid-Elektrolyt

Der MIT-Absolvent löste das Problem durch einen Hybrid-Elektrolyten, das ist das Material, das die Strom speichernden Elektroden voneinander trennt. Er beschichtete die Innenseite der Lithiumfolie hauchdünn mit einem festen Elektrolyten. Den Rest des Zwischenraums füllte er mit einer ionischen Flüssigkeit aus, das ist ein Spezialsalz, das bei Zimmertemperatur flüssig ist, zudem ist es unbrennbar.

Die Kombination der hauchdünnen Lithiumfolie und der ionischen Flüssigkeit als Trennmaterial hat den Vorteil, dass die Akkus nicht feuergefährlich sind.

Foto: SolidEnergy Systems

Der Akku kann also nicht in Flammen aufgehen, wie es anfangs bei Lithium-Ionen-Batterien beispielsweise in Boeings Dreamliner vorkam. „Die Kombination aus festem und flüssigem Elektrolyten ist die Grundlage der SolidEnergy-Technologie“, sagt Hu.

Versuche anderer Wissenschaftler mit Anoden aus porösem Lithium oder Silizium und Festkörper-Elektrolyten brachten nicht die erhoffte Kapazitätssteigerung. Der Durchbruch kam erst mit der Hybridversion. Die Batterien dürften allerdings nicht ganz billig sein. Ionische Flüssigkeiten haben ihren Preis.

600 Kilometer mit einer Batterieladung?

Trotzdem sind die neuen Batterien attraktiv, wenn es Hu gelingt, sie im industriellen Maßstab herzustellen. Denn dann müsste das Smartphone nicht jeden Abend ans Ladegerät gehängt werden und Elektroautos hätten eine Reichweite von mehr als 600 km, wenn die Batterien genau so viel Platz einnehmen wie heute, verspricht Hu. Allerdings sollte sich Hu beeilen: Tesla-Chef Elon Musk soll an einer Graphenbatterie arbeiten, die 800 km Reichweite in seinen Elektroautos ermöglichen soll.

Leistungsfähigkeit von Akkus im Vergleich.

Foto: SolidEnergy Systems

Von Wolfgang Kempkens
Quelle: http://www.ingenieur.de/Themen/Energiespeicher/Wunderakku-fuers-Smartphone-haelt-doppelt-so-lange vom 23.08.2016

Ein Schmierfilm, der fast ewig hält | Neue Schmiertechnologie

US-Forscher haben ein Material entdeckt, dass den Betrieb von Maschinen jeder Art revolutionieren könnten: Der Nano-Film reduziert Reibung gegenüber herkömmlichen Schmierstoffen enorm. Und vor allem regeneriert er sich selbst.

Motorteile

Bisher sollen Additive im Schmieröl Schäden an Motorenteilen vermeiden. Künftig könnte auf diese vielleicht verzichtet werden. Forscher haben einen Schmierstoff entdeckt, der sich von selbst regeneriert.

Foto: Argonne National Laboratory

Die Entdeckung liegt schon Jahre zurück. Aber es brauchte lange Forschung und gewaltige Rechnerkapazitäten, um zu verstehen, was da eigentlich passiert. Jetzt sind die Wissenschaftler vom Argonne Laboratory, das zur US-Energiebehörde gehört, endlich so weit. Sie haben den Prozess entschlüsselt, der einen völlig neuartigen Schmierstoff hervorbringt. Einen, der sich gleichsam selbst heilt und damit die Lebensdauer beweglicher Maschinenteile drastisch erhöhen könnte.

Der diamantähnliche Kohlenstoff entsteht bei einer chemischen Reaktion mit dem Öl.

Foto: Argonne National Laboratory

Angefangen hat alles mit einem Versuch, wie ihn Teamleiter Ali Erdemir schon öfter durchgeführt hatte. Er wollte untersuchen, was passiert, wenn man einen Stahlring mit einem Film aus Nanoteilchen versieht und ihn hohem Druck und extremen Temperaturen aussetzt. Einem speziellen Film, der katalytisch aktive Metall-Moleküle enthält – solche Moleküle also, die chemische Reaktionen auslösen können, in denen andere Materialien zerfallen.

Praktisch keine Abnutzung am Metall

Als die Forscher sich das Ergebnis ansahen, entdeckten sie weder den erwarteten Rost noch irgendwelche messbaren Schäden an dem Stahlring, dafür aber eine schwarze Ablagerung. Bei der Analyse unter Hochleistungsmikroskopen entdeckten sie eine Struktur, die sie schon in anderen Nano-Filmen erkannt hatten: Kohlenstoff ähnlich Diamanten.

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Das Forscherteam um Ali Erdemir am Argonne Laboratory.

Foto: Argonne Laboratory

Die Überraschung aber war, dass die Reibung um 25 bis 40 % geringer war als bei allen vorher benutzten Schmierstoffen, und das praktisch keine Abnutzung an dem Ring festzustellen war. Weitere Tests ergaben, dass der Film sich nach dem Experiment von selbst neu „auffüllte“, wie die Forscher sagen. Er regenerierte sich spontan.

Für Reaktion reicht gewöhnliches Öl

Dass sie hier eine große Entdeckung vor sich hatten, war den Wissenschaftlern klar. Für weitere Analysen war der Nanotechnologie-Experte Subramanian Sankaranarayanan verantwortlich. Und er kam zu dem Schluss: „Hier findet unter extremen Bedingungen eine Katalyse statt, die durch Reibung ausgelöst wird. Dies eröffnet ein neues Forschungsfeld, und es hat das Potenzial, die Perspektive auf Schmierstoffforschung zu ändern.”

In der Praxis könnte die Entdeckung bedeuten, dass teure und weitaus weniger haltbare Schmierstoffe ersetzt werden können. Chemische Zusätze (Additive) könnte man reduzieren oder sogar ganz weglassen. Denn der Clou an dem Nano-Film ist, dass er für die chemische Reaktion nur ganz gewöhnliches Schmieröl braucht.

Von Werner Grosch
Quelle: http://www.ingenieur.de/Themen/Werkstoffe/Jungbrunnen-fuer-Motoren-Co-Ein-Schmierfilm-ewig-haelt vom 11.10.2016