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Aufladen in Sekunden – Neue Batterie mit Glas ist dreimal besser als Lithium-Ionen-Akkus

Sollte es wirklich so einfach sein, richtig leistungsfähige Akkus zu bauen? Der 94-jährige John Goodenough, einer der Miterfinder des Lithium-Ionen-Akkus, hat einen neuen Akku-Typen entwickelt, der dreimal so leistungsfähig sein soll. Die Hauptrolle dabei spielt Glas.

John Goodenough

John Goodenough, einer der Miterfinder des Lithium-Ionen-Akkus, hat jetzt eine neue Batterietechnik vorgestellt, die mit Glaselektrolyt arbeitet. Sie soll dreimal so leistungsstark sein wie ein herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku.

Foto: Universität Texas

 Wenn die Daten stimmen, wäre das einer der vielen Durchbrüche in der Akkutechnik. Viele haben nach einem Schlagzeilengewitter aber nicht den Weg in die Serie gefunden. Wird das diesmal anders?

Schneller und häufiger laden ohne Leistungseinbußen

Goodenough und die portugiesische Forscherin Maria Helena Braga haben an der Universität Texas in Austin einen Akku entwickelt, der in nur einer Minute aufgeladen sein soll. Und trotz dieser enorm kurzen Ladezeit soll es sich nicht um einen Super- oder gar Ultracap handeln, sondern um einen Akku. Die neuen Solid-State-Akkus haben angeblich eine mehr als dreimal so hohe Energiedichte wie aktuelle Lithium-Ionen-Akkus.

John Goodenough wurde in Deutschland geboren und forscht immer noch, auch im hohen Alter von 94 Jahren, an neuen Akkutechniken.

Foto: Universität Texas

Außerdem sollen sie häufiger geladen werden können, ohne an Leistung einzubüßen. Bislang haben die Forscher im Labor 1.200 Ladezyklen durchgeführt, ohne wesentliche Leistungseinbußen feststellen zu können.

Fester Elektrolyt aus Glas

Der Schlüssel für die neuartige Batterie besteht aus Glas. Goodenough hat mit seinem Team statt flüssiger Elektrolyte Glas als festen Elektrolyt eingesetzt, der Anode und Kathode verbindet. Das Glas führt dazu, dass die Gefahr von Kurzschlüssen oder gar Bränden sinkt, unter denen Lithium-Ionen-Akkus mitunter leiden. Wegen Brandgefahr mussten schon Boeings am Boden bleiben.

Samsung zog wegen Brandgefahr des Akkus sein Galaxy Note 7 zurück. Auch Tesla hatte kurzzeitig mit den Lithium-Ionen-Akkus Probleme. Die New Yorker Polizei hat schon davor gewarnt, Smartphones im Bett zu laden, weil der Hitzestau die Akkus in Brand setzen kann.

Warnung der New Yorker Polizei auf Twitter vor dem Laden von Smartphones unter der Bettdecke.

Foto: NYPD/Twitter

Diese Gefahr soll es dank Glas nicht mehr geben. Zudem erlaubt Glas leistungsfähigere Kathoden und Anoden aus Alkalimetallen. Das reduziert den Aufwand für die Herstellung der Zellen und erhöht deren Energiedichte und die Lebensdauer des Akkus. Außerdem können die Kosten erheblich sinken. „Die Glaselektrolyte erlauben die Substitution von Lithium durch kostengünstiges Natrium“, erklärt Braga. Natrium steht auf der Erde praktisch unbegrenzt zur Verfügung.

Auch bei Temperaturen unter Null noch leistungsfählig

Und da Glas auch bei tiefen Temperaturen leitfähig bleibt, sind die Akkus auch bei Temperaturen um – 20° C noch voll leistungsfähig und arbeiten sogar noch bis – 60° C, so die Uni Texas. Bislang leiden zum Beispiels Elektroautos im Winter unter drastisch reduzierten Reichweiten, weil die kühlen Temperaturen die Leistungsfähigkeit der Akkus einschränken.

2011 erhielt Ingenieur John Goodenough aus der Hand von US-Präsident Barack Obama die National Medal of Science.

Foto: Ryan K. Morris/ National Science & Technology Medals

„Wir glauben, dass unsere Entdeckungen viele Probleme heutiger Akkus lösen“, meint Goodenough. Jetzt wollen die Forscher eng mit Batterieherstellern zusammen arbeiten, um ihre Laborbatterie für die Serienfertigung weiter zu entwickeln.

Eine spannende Entwicklung sind auch Superkondensatoren aus Florida, die binnen Sekunden voll aufgeladen sind und Smartphones mit Energie versorgen sollen. Auch koreanische Forscher arbeiten an Superkondensatoren. Das Verrückte: Sie nutzen Zigarettenkippen als Rohstofflieferant. Wie das geht, lesen Sie hier.

Von Axel Mörer-Funk
Quelle: http://www.ingenieur.de/Themen/Energiespeicher/Neue-Batterie-Glas-dreimal-besser-Lithium-Ionen-Akkus vom 07.03.2017

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