Neues Trennmaterial 22.08.2016, 14:29 Uhr

Wunderakku fürs Smartphone hält doppelt so lange

Das wäre ein Durchbruch in der Akku-Technik: Ein Absolvent des berühmten MIT in Cambridge hat einen Akku entwickelt, der die Reichweite von Autos und die Einsatzzeit von Smartphones nicht nur verdoppeln soll. Er ist auch noch extrem sicher, weil er nichts Brennbares enthält.

Die MIT-Forscher erhöhen die Leistung ihrer Akkus bei gleicher Baugröße wie herkömmliche Speicher durch die Verwendung einer extrem dünnen Lithiumfolie und einer ionischen Flüssigkeit, mit der die Elektroden isoliert werden.

Die MIT-Forscher erhöhen die Leistung ihrer Akkus bei gleicher Baugröße wie herkömmliche Speicher durch die Verwendung einer extrem dünnen Lithiumfolie und einer ionischen Flüssigkeit, mit der die Elektroden isoliert werden.

Foto: SolidEnergy Systems

Drohnen einiger Hersteller werden ab 2017 länger aktiv bleiben als bisher. Sie werden mit Batterien von SolidEnergy Systems ausgestattet, einer Ausgründung aus dem berühmten Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge. Bei gleicher Größe haben sie eine doppelt so hohe Kapazität wie herkömmliche Akkus.

„Das ist eine aufregende und edle Anwendung“, sagt Qichao Hu, CEO des 2012 gegründeten Unternehmens. „Denn mehrere Kunden setzen Drohnen und Ballone ein, um Dritte-Welt-Regionen mit freiem Internet zu versorgen, sowie als Überwachungs- und Informationssysteme bei Katastrophen.“

Im gleichen Jahr soll es die ersten Batterien für Smartphones und so genannte Wearables geben, also tragbare Elektronikprodukte wie Smartwatches. 2018 sollen die ersten Akkus für Elektroautos ausgeliefert werden.

Erste Demo brachte zwölf Millionen Dollar ein

Im Oktober 2015 demonstrierte Hu die Leistungsfähigkeit seiner Batterie in einem iPhone 6. Das kam bei den Geldgebern gut an. Sie machten gleich zwölf Millionen Dollar locker, um die Entwicklung der Batterie zur Serienreife zu sichern.

Der MIT-Ingenieur Qichao Hu hat einen Akku mit doppelter Kapazität herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus entwickelt. 

Der MIT-Ingenieur Qichao Hu hat einen Akku mit doppelter Kapazität herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus entwickelt.

Quelle: SolidEnergy Systems

Die Anode der Lithium-Metall-Batterie, die Hu entwickelt hat, besteht nicht aus Graphit, Kohlenstoff oder einer dicken Lithiumplatte, sondern aus einer extrem dünnen Lithiumfolie. Das reduziert den Platzbedarf auf die Hälfte, ohne dass es Einbußen bei der Kapazität gibt.

Doch die ersten Prototypen funktionierten erst bei einer Temperatur von 80 °C, waren also für die Praxis unbrauchbar. „Wenn die Batterie nicht bei Zimmertemperatur arbeitet, sind die Anwendungsmöglichkeiten beschränkt“, sagt Hu.

Die Lösung war ein Hybrid-Elektrolyt

Der MIT-Absolvent löste das Problem durch einen Hybrid-Elektrolyten, das ist das Material, das die Strom speichernden Elektroden voneinander trennt. Er beschichtete die Innenseite der Lithiumfolie hauchdünn mit einem festen Elektrolyten. Den Rest des Zwischenraums füllte er mit einer ionischen Flüssigkeit aus, das ist ein Spezialsalz, das bei Zimmertemperatur flüssig ist, zudem ist es unbrennbar.

Die Kombination der hauchdünnen Lithiumfolie und der ionischen Flüssigkeit als Trennmaterial hat den Vorteil, dass die Akkus nicht feuergefährlich sind.

Die Kombination der hauchdünnen Lithiumfolie und der ionischen Flüssigkeit als Trennmaterial hat den Vorteil, dass die Akkus nicht feuergefährlich sind.

Quelle: SolidEnergy Systems

Der Akku kann also nicht in Flammen aufgehen, wie es anfangs bei Lithium-Ionen-Batterien beispielsweise in Boeings Dreamliner vorkam. „Die Kombination aus festem und flüssigem Elektrolyten ist die Grundlage der SolidEnergy-Technologie“, sagt Hu.

Versuche anderer Wissenschaftler mit Anoden aus porösem Lithium oder Silizium und Festkörper-Elektrolyten brachten nicht die erhoffte Kapazitätssteigerung. Der Durchbruch kam erst mit der Hybridversion. Die Batterien dürften allerdings nicht ganz billig sein. Ionische Flüssigkeiten haben ihren Preis.

600 Kilometer mit einer Batterieladung?

Trotzdem sind die neuen Batterien attraktiv, wenn es Hu gelingt, sie im industriellen Maßstab herzustellen. Denn dann müsste das Smartphone nicht jeden Abend ans Ladegerät gehängt werden und Elektroautos hätten eine Reichweite von mehr als 600 km, wenn die Batterien genau so viel Platz einnehmen wie heute, verspricht Hu. Allerdings sollte sich Hu beeilen: Tesla-Chef Elon Musk soll an einer Graphenbatterie arbeiten, die 800 km Reichweite in seinen Elektroautos ermöglichen soll.

Leistungsfähigkeit von Akkus im Vergleich.

Leistungsfähigkeit von Akkus im Vergleich.

Quelle: SolidEnergy Systems

 

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

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