Energieblog
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Technische Revolution? Superakku – Aufladen in Sekundenschnelle
Jetzt gelang Forschern eine Modifikation von Lithiumakkus dergestalt, dass dem Elektroautomarkt und der Unterhaltungselektronik eine Revolution ins Haus stehen könnte, denn mit diesem neuen “Superakku” wäre eine Aufladung von Laptops und Handys in Sekundenschnelle bzw. innerhalb weniger Minuten keine Zukunftsmusik mehr.
Handys könnten innerhalb von Sekunden aufgeladen werden
Diese “Turboaufladung” wird ermöglicht durch einen Lithiumphosphat-Überzug, wodurch die Ladezeit verkürzt wird und bei gleicher Speicherkapazität die Leistungsdichte ansteigt. Die Forscher kommen zu dem Ergebnis, dass dieser Akku in der Lage ist, bei Bedarf kurzfristig mehr Energie zu liefern.
Zwei Faktoren sind für Batterien wichtig:
– die Energiedichte
Sie liefert die Information darüber, wieviel Gewicht oder Energie pro Volumen die Batterie speichern kann.
– die Leistungsdichte
Diese macht Angaben über die Schnelligkeit der Energieaufnahme- beziehungsweise -abgabe.
Eine Optimierung beider Faktoren ist schwierig, jedoch scheint genau dieses nun den beiden Forschern Ceder und Kang gelungen zu sein, denn ihr revolutionärer Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator verfügt an der Oberfläche über eine ungewöhnliche glasartige Schicht, welche zur Beschleunigung des Transports der Lithium-Ionen beiträgt.
Wegen ihrer großen Oberfläche verfügen beispielsweise Kondensatoren über eine hohe Leistungsdichte, können zwar schnell Energie zur Verfügung stellen, jedoch besteht aufgrund des kleinen Ladungsspeichers nur eine niedrige Energiedichte. Aus Lithium-Eisen-Phosphat hergestellte Akkus und Batterien weisen aufgrund ihrer kompakten Bauweise eine hohe Energiedichte auf, jedoch ermöglicht ihre vergleichsweise kleine Oberfläche, dass nur nach und nach Energie abgegeben werden kann. Zudem erfordert der Aufladeprozess relativ lange Zeit, da die sich in der Batterie befindenden Ionen für den Transport ihrer elektrischen Ladung durch die Batterie lange brauchen.
Beschleunigung von 6 Minuten auf 10 Sekunden
Der Transport der Lithiumionen wird durch den glasartigen Lithium-Phosphat-Überzug beschleunigt. Die Wissenschaftler illustrieren diesen Vorgang anschaulich mit dem Vergleich einer Umgehungsstraße. Die Ionen benötigen für eine schnelle Bewegung Tunnel, welche in das Material von der Oberfläche aus hineinführen. Für die in herkömmlichen Akkus eingesetzten Ladungsträger sind die Eingänge dieser Tunnel nur schwer zu erreichen und infolge dessen fließt der Ionenverkehr sehr langsam. Aufgrund dessen ebnet diese neue Oberflächenstruktur jetzt völlig neue Wege zu diesen Eingängen und vermeidet von vorneherein die Entstehung eines Staus.
Kang und Ceder demonstrierten diesen Beschleunigungseffekt bereits in einem verkleinerten Modellsystem. Hierbei gelang es, eine kleine Batterie innerhalb von zehn bis zwanzig Sekunden vollständig zu laden beziehungsweise zu entladen. Die gleiche Batterie ohne diese glasartige Oberfläche benötigt hingegen zum Laden sechs Minuten. Laut Gerbrand Ceder ist die Beschichtung nicht besonders aufwändig, denn “sie wächst chemisch im Produktionsprozess genau so wie der Rest des Akkus.” Von daher werde sie den Akku auch nicht verteuern.
Die Wissenschaftler garantieren, dass ein Handy mit der von ihnen entwickelten Technik in zehn Sekunden aufgeladen werden kann. Zudem könnten die in Hybrid-Elektroautos verwendeten großen Batterien anstatt in sechs bis acht Stunden künftig in lediglich fünf Minuten wieder einsatzbereit sein. Hierzu wäre jedoch ein Anschluss mit deutlich höherer Leistung erforderlich, denn dieses wäre an einer herkömmlichen Stromleitung nicht möglich.
Die beschichteten Lithium-Batterien liefern jedoch, da ihr Material bei Auf- und Entladung weniger ermüdet, einen weiteren Vorteil, was auch den Einsatz erheblich kleinerer Batterien in Handys ermöglicht, wobei die Laufzeit gleich bliebe. Das Problem hinsichtlich Elektroautos, deren Batterien bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs sich relativ schnell entladen, könne mit dieser Technik ebenfalls beseitigt werden. Außerdem sind, laut Ceder, die neuen Akkus, da sie nicht mehr Hitze erzeugen, genau so sicher wie herkömmliche Akkus.
Nach Angaben der von der US-Regierung unterstützten MIT-Wissenschaftlern ist bereits eine Lizenzvergabe an zwei Unternehmen erfolgt. Das MIT erklärte weiterhin, dass mit einer Markteinführung in zwei bis drei Jahren zu rechnen sei, da die zum Einsatz kommenden Materialien nicht neu seien, sondern lediglich die Art und Weise der Verwendung.
Quelle: http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,612711,00.html