Forscher der Northwestern University in Illinois haben einen Akku erfunden, der zehn Mal mehr Kapazität verspricht und innerhalb von 15 Minuten aufgeladen werden kann. Die Wissenschaftler haben dafür Materialien wie Graphene und Silizium kombiniert. In drei bis fünf Jahren könnten die neuen Akkus marktreif sein.
Smartphone-Akku von HTC | (c) Areamobile
Die neuen Akkus sind den derzeit verwendeten Batterien in Smartphones, Tablets und MP3-Playern ähnlich. Doch die jetzt verwendeten Lösungen haben zwei Probleme. Sie sind einerseits in ihrer Energiedichte beschränkt, zum Anderen in ihrer Aufladegeschwindigkeit. Aktuelle Akkus verwenden den Kohlenstoff Graphit als Anode, also als Minus-Pol. Das Material wird auch als Bleistiftmine verwendet. Dessen Aufnahmevermögen an positiv geladenen Lithium-Ionen ist jedoch durch die molekulare Struktur begrenzt.
Das Forscherteam der Northwestern University hat zwischen die Graphitschichten Silizium eingelagert. Das kann 24 Mal mehr Litihium aufnehmen als Graphit. Silizium als Anode alleine ist jedoch thermisch instabil und verliert sehr schnell seine Aufnahmefähigkeit. Das Material dehnt sich beim Aufladeprozess stark aus und verliert dadurch die gewünschte Struktur. Doch eingebettet in die Graphit-Schichten ist dieser Effekt deutlich geringer. Außerdem bleibt selbst dann die Ladefähigkeit erhalten, wenn die Struktur verloren geht.
Um die Zeit zum Aufladen zu verkürzen, haben die Wissenschaftler außerdem mit Hilfe eines chemischen Prozesses Löcher mit einer Größe von 10 bis 20 Nanometer in die Graphit-Schichten gebohrt. So können die Ionen direkt durch die großen Graphit-Ketten hindurchwandern und sich am Silikon andocken. Diese künstlich herbeigeführten Defekte beschleunigen den Ladeprozess nach Aussagen der Forscher auf zehn Minuten.
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Du bist nicht dabei?Einen Faktor 10 in Energiedichte und Ladestrom von derzeitigen Handy-Akkus ist mir unbekannt. Also: Ladestrom derzeit bis zu 1,5A => 15 Ampere Ladestrom. Dann dies noch in Kombination mit der Energiedichte von ca. 2 Kubikzentimetern von derzeit 2Ah und dem Faktor 10, also => 20Ah/cm^3. Da hätte ich gerne einen Link wo es - auch für abgöttisch viel Geld - so einen Akku gibt.
"Es ist also ohne Frage das 10-fache Energiedichte und dann noch kombiniert mit mehr als 10-facher Ladestrom illusorisch sind."
Nicht unbedingt. Den Knackpunkt hast du aber bereits selbst genannt: Bezahlbar ;)
Es scheint in der Branche immer nur darum zu gehen Artikel zu veröffentlichen, so dass die Eigene Forschung weiter üppig finanziert wird. Es ist abseits aller ankündigungen der letzten 10 Jahre noch keinem gelungen "mal eben" Doppelt so viel Kapazität im selben Volumen in bezahlbarer Form zu speichern. Natürlich gab es Experimente, die aber alle andere Nachteile hatten. Jene gegen Li-Poly-Akkus wurden bereits aufgezählt. Es ist also ohne Frage das 10-fache Energiedichte und dann noch kombiniert mit mehr als 10-facher Ladestrom illusorisch sind. Sonst würde ja nicht nur Auto-Industrie und Handy-Industrie Schlange stehen bei denen.
@ scout 14
Herzlichen Dank für diesen ausführlichen Post- Ja das erklärt auch logisch warum sich Li Poly verabschiedet hat, aber bspw. noch in manchen Feature.Phones verarbeitet wird.
Lithium-Polymer-Akkus sind elektrisch und thermisch sehr empfindlich: Überladen, Tiefentladen, zu hohe Ströme, Betrieb bei zu hohen (größer 60 °C) oder zu niedrigen Temperaturen (kleiner 0 °C) und langes Lagern in entladenem Zustand schädigen oder zerstören die Zelle in den meisten Fällen.
Lithium-Polymer-Akkus können sich bei Überladung entzünden oder auch verpuffen – daher ist zur Ladung unbedingt ein für diesen Akku konstruiertes beziehungsweise ein spezielles Li-Akku-Ladegerät (I/U-Verfahren) zu verwenden.
Im Handel erhältliche Lithium-Polymer-Akkupacks für Verbrauchergeräte enthalten bereits eine für den jeweiligen Akku entwickelte Schutzschaltung (gegen Unterspannung und Überstrom)
Und hier liegt auch das Problem. Die integrierte Schutzschaltungen kosten dementsprechend mehr Geld & noch viel mehr Platz.
Für Fahrzeuge & größere Geräte mag dies dann relativ sein.
Für Mobilfunkgeräte welche nicht ganz so voll mit Technik gestopft sind ist dies auch noch zu verkraften...
Jedoch bei Smartphones, welche auf jeden Quadratmillimeter achten müssen, sind diese Akkus einfach -für Ihre Leistung- zu Platzintensiv, dementsprechend ist deren Platz/Leistungsverhältnis gegenüber der derzeitig genutzten Akkus nicht ausreichend genug.
Noch etwas zu den hier im Artikel genannten Akkus...
Der Punkt
"...Das Material dehnt sich beim Aufladeprozess stark aus und verliert dadurch die gewünschte Struktur. Doch eingebettet in die Graphit-Schichten ist dieser Effekt deutlich geringer..."
ist wirklich nicht zu unterschätzen. Der Effekt wird zwar mit deutlich geringer eingestuft, ist jedoch nach wie vor viel zu groß. (mehrere mm Dehnung, vor allem in der Dicke)
Gerade für die derzeitigen Smartphone-Geräte welche mit ca 10mm dicke & bis auf das zehnstel jeden Platz verbrauchen, können nicht gerade eine Ausdehnung verkraften.
Gerade auch noch bei den relativ großen & empfindlichen Displays...
Die Folge solcher ungewollten Ausdehnungen währen mögliche Schäden (Risse, Sprünge) in diesen empfindlichen Touchdisplays aus diesem gehärteten Spezialglas oder Rahmen...
Es gibt immer wieder gute Innovationen, die von der Industrie aber unerwünscht sind. Es gab auch schon vor Jahren Autoreifen mit geringem Abrieb und langer Haltbarkeit.
Die meisten Unternehmen wollen aber durch hohe Stückzahlen und schnelle Abnutzung mehr von Ihren Produkten verkaufen und Geld verdienen.
Auf die hier angesprochenen Akkus könnt ihr lange warten.
Vor zwei Jahren wurde ein Akku angekündigt, der angeblich ein paar Wochen halten sollte, und mit ein paar Tropfen Wasser geladen wird.
Ich habe den Artikel leider nicht mehr finden können.
Aber es hieß in ein bis zwei Jahren wäre dieser Superakku marktreif.
Ich habe nie wieder irgendwo etwas darüber gehört.