Höhere Energiedichten durch Reis

Mit Reis die Energiedichte von Batterien vervierfachen

Foto: Nissan

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Der Akku eines Elektroautos ist die wichtigste Komponente – und zugleich ein großes Hindernis für den erfolgreichen Verkauf. Viele Kunden bemängeln die zu geringen Reichweiten. Dies könnte sich mit den Forschungsergebnissen koreanischer Forscher ändern und zusätzlich noch Abfall verwerten.

In einem Akku gibt es immer zwei Schichten, die durch eine Membran voneinander getrennt wird. Die chemische Zusammensetzung der Elektroden entscheidet dabei über die Eigenschaften wie Leistungsdichte, Kapazität und zyklische sowie kalendarische Lebensdauer. Ein großes Problem ist die im Vergleich zu Benzin niedrige Energiedichte und somit das hohe Gewicht: So nimmt z.B. der Akku des Zoe bei 290 kg Gewicht etwa 22 kWh auf. Der gleiche Energiegehalt findet sich auch in 2,5 Litern Benzin.

Meistens besteht die negative Elektrode eines Akkus aus Graphit und kann 370 mAh pro Gramm aufnehmen. Seit langem wird versucht, statt des Graphit Silizium einzusetzen, was aber durch die speziellen Eigenschaften nur bedingt gelingt. Das Silizium kann zwar theoretisch 4000 mAh/g aufnehmen, dehnt sich aber beim Laden um bis zu 300 % aus und sorgt damit für viele kleine Risse im Elektrodenmaterial, was die Performance stark beeinträchtigt und den Akku schließlich unbrauchbar macht. Der „heilige Gral“ der Entwickler ist die Nanotechnologie und soll dieses Problem lösen. Auf technischem Wege gelange es bis jetzt allerdings nicht, Silizium mit Nanostrukturen für die Akkuherstellung zu gewinnen.

Einige Forscher des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) gehen hierbei einen anderen Weg und nutzen die Vorteile der Evolution aus: Reis bildet um das Korn herum Spelze, die zu etwa 20 % aus Kieselerde bestehen. Diese wiederum besteht zu einem Großteil aus feinen Siliziumstrukturen – genau das Material, welches für die Akkuproduktion genutzt werden kann.

Durch einen zeitaufwendigen Prozess wird das Silizium aus den Spelzen herausgelöst und kann im Labor bis zu 1615 mAh/g aufnehmen, was einer Vervierfachung der Kapazität entspricht.

Noch funktioniert das Verfahren nur im kleinen, könnte aber in Zukunft sehr bedeutend für die Energiespeicherung werden. Das Rohmaterial ist mit hundert Tonnen pro Jahr ausreichend vorhanden und nur ein Prozent davon würden für die gesamte aktuelle Akkuherstellung ausreichen.

So wie es aussieht, häufen sich die Forschungserfolg in der letzten Zeit: Die einen erreichen viele Lade- und Entladezyklen und die anderen eine höhere Energiedichte. Eine Kombination der beiden würde einen nahezu perfekten Akku hervorbringen und damit viele Probleme lösen. Bleibt abzuwarten, ob die Innovationen den Weg in die Serienfertigung finden.

Quelle: WAZ

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