Stellen Sie sich vor, Sie müssten Ihr Smartphone nur einmal pro Woche aufladen, und das Gerät wäre nach nur 15 Minuten auch schon voll aufgeladen. Dieser derzeit utopischen Traumvorstellung könnten Forscher der US-amerikanischen Northwestern University einen Schritt näher gekommen sein. 

Fünf bis zehn Mal so effizient

Ihnen scheint nun ein Durchbruch im Bereich Ladekapazität gelungen zu sein, wie die Fachzeitschrift Advanced Energy Materials schreibt. Dank einer neuen Elektrode, die die Akkulaufzeit von Lithium-Ionen-Batterien künftig um das Zehnfache erhöhen. Die Zeit, um das Gerät voll aufzuladen, kann auf 15 Minuten reduziert werden. 

"Auch nach 150 Ladevorgängen", schreibt Harold Kung im Fachartikel "Better Batteries" der Northwestern "was ungefähr der Lade-Häufigkeit innerhalb eines Jahres entspricht, sind die Akkus fünf Mal so effizient wie herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien von heute."

Trägheit

Bei Aktivierung des Geräts fließen Lithium-Ionen in einer Elektrolytlösung von der Anode zur Kathode. Im Ladeprozess ist es umgekehrt. Das Problem beim derzeitigen Akku liegt an Gründen: Einerseits ist es die "Trägheit" der Ionen und andererseits die begrenzte Kapazität durch die ebenfalls begrenzten Ionen-Anzahl pro Anode und Kathode. Ein Lösungsansatz wäre im Material der Anode zu finden, eine Möglichkeit wäre zum Beispiel Silizium.

Forschungsschwerpunkt Anode

Das Team an der Northwestern experimentierte mit zwei Methoden: Das Silizium wurde an der Anode zwischen die Graphenblätter in einer Art "Sandwich-Clusters" platziert, was den Ionen mehr Raum verschaffte. Zudem steigerten sie die Lade-Geschwindigkeit, indem mithilfe Oxidation winzige Löcher (10 bis 20 Nanometer) in die Graphenblätter gemacht wurden. Der Forschungsschwerpunkt lag diesmal bei der Anode, als nächstes wollen sich die Experten die Kathode vornehmen.

In drei Jahren marktreif

Die Akkus könnten bereits in drei bis fünf Jahren auf den Markt kommen, heißt es. Das Paper "In-Plane Vacancy-Enabled High-Power Si-Graphene Composite Electrode for Lithium-Ion Batteries." wurde von den Autoren sind Xin Zhao, Cary M. Hayner and Mayfair C. Kung veröffentlicht. (Eva Zelechowski, derStandard.at, 18.11.2011)