Alu-Akkus: Der Traum aller Smartphone-User - wissenschaft.de
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Alu-Akkus: Der Traum aller Smartphone-User

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Diese Alu-Dosen erinnern an Batterien. (Foto: naotake/Thinkstock)
Der Lithium-Ionen-Akku ist derzeit das Non-Plus-Ultra auf dem Markt. Keine andere Batterietechnologie speichert so zuverlässig und günstig so viel Energie pro Gewicht. Doch während Forscher auch kleinste Verbesserungen nur noch mit großer Mühe aus der etablierten Technik herauskitzeln, holen andere Batterien mit großen Schritten auf – und könnten schon bald am Lithium-Thron sägen. Der derzeit heißeste Kandidat ist der Aluminium-Ionen-Akku.

Prinzipiell funktioniert dieser Akku gleich wie das Vorbild aus Lithium: Metall-Ionen lösen sich aus der Anode, wandern durch einen Elektrolyten und werden von der Kathode absorbiert. Die Elektronen können dem Ion wegen eines Separators nicht folgen und bleiben in der Anode zurück. Sie müssen sich einen anderen Weg suchen: durch Smartphone, Laptop oder welches Gerät auch immer der Akku betreibt.

Anders als das Lithium-Ion ist das Aluminium-Ion aber gleich dreifach geladen und schickt dementsprechend auch drei Elektronen statt nur einem auf Tour. Auch wenn der für die Studie entwickelte Akku noch meilenweit von dieser Marke entfernt ist, sind dadurch theoretisch Akkus mit einer Energiedichte von über 1000 Wattstunden pro Kilogramm denkbar – die besten Lithium-Ionen-Batterien schaffen nicht mal die Hälfte. Die Akkus wären zugleich leicht und günstig herzustellen – Aluminium ist das häufigste Metall in der Erdkruste.

Akku mit Marktreife

Obwohl Wissenschaftler schon seit Jahrzehnten an Alu-Akkus basteln, ist die Marktreife erst dieses Jahr in Reichweite gerückt. Forscher von der Stanford Universität in den USA haben einen Aluminium-Akku entwickelt, der erstmals konstant zwei Volt Entladespannung aufweist. Bisherige Alu-Akkus waren mit unter einem Volt für elektrische Geräte zu schlapp. Der Schwachpunkt dabei war die Kathode, die sich zudem schon nach 100 Ladezyklen zersetzte, wodurch die Kapazität deutlich abnahm.

Deshalb setzten die Forscher genau dort an und entwickelten eine neue Kathode aus Grafitschaum. Diese zeigte auch nach 7500 Ladezyklen konstante Spannungen und keinerlei Verschleißerscheinungen. Die Kombination aus der Grafit-Kathode und einer neuen Elektrolyt-Flüssigkeit sorgen auch für den neuen Spannungsrekord. Der Akku ist zudem biegbar und sehr sicher: Während des Betriebs bohrte das Team aus Stanford ein Loch durch die Zelle, ohne dass sie Feuer fing – was bei Lithium-Akkus schon häufiger ganz ohne Bohrer passiert ist.

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Ein Traum aller Smartphone-User

Doch als wären all diese guten Ergebnisse nicht genug, entdeckten die Wissenschaftler eine weitere fantastische Fähigkeit ihrer neuen Kathode, die Smartphone-Junkies aufhorchen lassen sollte: Durch die Schaumstruktur hat der Grafit eine wesentlich größere Kontaktfläche zur Elektrolyt-Flüssigkeit, wodurch viel mehr Aluminium-Ionen gleichzeitig in die Kathode ein- oder aus ihr austreten können. Die Folge: Der Akku lässt sich 75 Mal so schnell laden wie eine schaumlose Variante – ein leerer Smartphone-Akku wäre damit schon nach einer guten Minute wieder voll.

Quelle:

© wissenschaft.de – Felix Austen
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♦ Die Buchstabenfolge elek|tr… kann in Fremdwörtern auch elekt|r… getrennt werden.

An|ti|bi|ont  〈m. 16; Biol.〉 Mikroorganismus, von dem die Antibiose ausgeht [<Anti… ... mehr

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