Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. - 12.10.2016
Akku an Silizium aufladen, nicht an Kohlenstoff
Anoden aus porös-amorphem Silizium könnten die Leistung von Lithiumionenakkumulatoren verbessern
Demnächst enthalten Lithiumionenakkumulatoren möglicherweise keine Anode aus Graphit mehr. Silizium als Anodenmaterial bietet eine viel höhere Ladungskapazität, aber seine Kristallinität war bislang von Nachteil. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen chinesische Wissenschaftler eine poröse amorphe Siliziummodifikation vor, die anderen Anodenmaterialen in wiederaufladbaren Batterien deutlich überlegen sein könnte.
Die derzeit gängigste Anode in Lithiumionenakkumulatoren besteht aus
Kohlenstoff in seiner Graphitmodifikation. Allerdings hat ausgerechnet
Graphit eine relativ niedrige Ladungskapazität. Weitere bekannte Probleme
von Lithiumionenbatterien sind eine geringe Zyklenanzahl, steigender
interner Widerstand während der Ladezyklen, Alterung sowie
Sicherheitsaspekte. Die nächstliegende Alternative zu Kohlenstoff wäre
Silicium, das eine fast zehnfach höhere theoretische Ladungskapazität als
Graphit bietet. Der Lade- und Entladevorgang wird jedoch zum Problem:
Ausdehnen und Schrumpfen bei den Zyklen führt zu Pulverisierung und
Kapazitätseinbruch. Jian Yang und seine Kollegen an der
Shangdong-Universität in China haben jetzt eine amorphe poröse
Siliziummodifikation hergestellt, die diese Nachteile kompensiert.
Den amorphen Zustand von Silizium zu nehmen, sei eigentlich die logische Konsequenz, weil das Silizium sowieso amorph ende, erläutern die Wissenschaftler: "Da das Silizium durch die elektrochemische Lithiierung/Delithiierung im Endeffekt amorph wird, ist es sehr attraktiv, es von vorneherein in diesem Zustand einzusetzen." Gezielt amorphes Silizium herzustellen, ist aber sehr schwierig, besonders wenn einfache Bedingungen gefragt sind. Das Verfahren, das die Forscher letztlich fanden, beinhaltet jedoch relativ sichere Ausgangsmaterialien wie zum Beispiel einen gängigen Glycolether als Lösungsmittel und leicht handhabbare Flüssigkeiten. Daher sollte ihr Verfahren insbesondere "für eine künftige Massenproduktion sehr attraktiv" sein, stellen die Autoren heraus.
Das auf diese Weise hergestellte amorph-poröse Silizium erfüllte die elektrochemischen Vorgaben hervorragend. Es besitzt eine dreimal bessere Kapazität als Graphit und eine weit besserer Zyklenstabilität als kristallines Silizium, was die Wissenschaftler durch die gezielt hergestellten großen Poren und eine luftoxidierte Oberfläche erklären können. Und weiteres Potenzial sei vorhanden: Etwas Kohlenstoff zusätzlich in die Struktur hinein, und die elektrochemische Leistungsfähigkeit werde wahrscheinlich noch besser werden, sagt Yang.
Angewandte Chemie: Presseinfo 32/2016
Autor: Jian Yang, Shandong University (China), mailto:yangjian@sdu.edu.cn
Link zum Originalbeitrag:
http://dx.doi.org/10.1002/ange.201608146
Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.
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Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft e. V. - idw - Pressemitteilung
Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V., Dr. Renate Hoer, 12.10.2016
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veröffentlicht im Schattenblick zum 14. Oktober 2016
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