Grüne Batterien 24.04.2017, 07:29 Uhr

Elektroden aus Altglas sind leistungsfähiger als herkömmliche

Amerikanischen Forschern ist das Kunststück gelungen, aus Altglas Batterien herzustellen. Und die sind nicht nur kostengünstiger, sondern auch noch leistungsfähiger als konventionelle Akkus

Aus Altglas werden in einem neuen Verfahren Elektroden für Batterien hergestellt.

Aus Altglas werden in einem neuen Verfahren Elektroden für Batterien hergestellt.

Foto: UCR

Auf der Suche nach einem alternativen Rohstoff für Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien sind Wissenschaftler der University of California in Riverside quasi auf der Müllkippe fündig geworden. Denn trotz heutiger Recycling-Programme landen immer noch jährlich Milliarden von Glasflaschen in Deponien.

Graphit durch Silizium aus Altglas ersetzt

Dabei wird Glas hauptsächlich aus Quarzsand, also Siliziumdioxid, hergestellt. Die Forscher fragten sich, ob dieses Siliziumdioxid in alten Glasflaschen hochreine Silizium-Nanopartikel für Lithium-Ionen-Batterien liefern könnte. Ihre Antwort: Ja.

Cengiz Ozkan, Professor für Maschinenbau, und Mihri Ozkan, Professor für Elektrotechnik, haben ein dreistufiges Verfahren entwickelt für ihre Altglas-Batterien: Zunächst wurden die alten Glasflaschen zu Nano-Pulver zermahlen. Dann reduzierten die Forscher das Siliziumdioxid unter Hitze und Zugabe von Magnesium zu Silizium. Das nanostrukturierte Netzwerk aus reinem Silizium überzogen sie schließlich noch mit einer Schutzschicht aus Kohlenstoff. Diese verbessert die Stabilität der Siliziumnanopartikel und auch deren Energiespeichereigenschaften. Und dann testeten sie ihr neues Elektrodenmaterial im Labor.

Bessere Leistung als Batterien mit Graphitelektroden

Mit Erfolg: Die Knopfzellenbatterien, die mit den Glasflaschen-basierten Silizium-Anoden hergestellt wurden, übertrafen die Leistung herkömmlicher Batterien deutlich. So zeigten die Elektroden auch nach 400 Ladezyklen noch eine Kapazität von 1.420 Milliamperestunden (mAh) pro Gramm. Die normalerweise eingesetzten Graphitelektroden hingegen schaffen nur etwa 372 mAh.

Immer noch landet jede Menge Altglas auf der Deponie.

Immer noch landet jede Menge Altglas auf der Deponie.

Foto: UCR

Das entspricht etwa einer viermal größeren Ladekapazität. „Wir begannen mit einem Abfallprodukt, das zur Deponie geleitet wurde, und schufen Batterien, die mehr Energie aufbewahrten, schneller geladen und stabiler waren als kommerzielle Münzzellenbatterien. Daher haben wir sehr vielversprechende Kandidaten für Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation“, sagte Changling Li, Student der Materialwissenschaft und Ingenieurwissenschaften sowie Erstautor der Studie, die jetzt vom Fachmagazin Nature veröffentlicht wurde.

Eine Flasche liefert Silizium für Hunderte Batterien

Für die neuen Batterien aus Altglas spricht aber nicht nur ihre bessere Leistungsfähigkeit, sondern auch das preiswerte Recycling des Siliziums: Laut Li liefert eine Glasflasche genug Nanosilizium für Hunderte von Knopfzellenbatterien.

Schon länger verfolgen die Professoren Mihri und Ozkan das Ziel, Lithium-Ionen-Akku-Anoden aus umweltfreundlichen Materialien zu entwickeln. Bisher konzentrierte sich ihre Forschung auf die Entwicklung und Prüfung von Anoden aus Champignons, Sand und Algen (Diatomeen).

Ebenfalls für Glas interessiert sich auch der 94-jährige John Goodenough, einer der Miterfinder des Lithium-Ionen-Akkus. Er hat eine neue Batterietechnik vorgestellt, die mit Glaselektrolyt arbeitet. Sie soll dreimal so leistungsstark sein wie ein herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku.

Und SolidEnergySystems, eine Ausgründung des Massachusetts Institute of Technology (MIT), hat durch die Verwendung einer extrem dünnen Lithiumfolie und einer ionischen Flüssigkeit, mit der die Elektroden isoliert werden, die Leistung gegenüber herkömmlichen Akkus verdoppeln können.

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