Silizium aus Reishülsen 11.07.2013, 13:08 Uhr

Koreanische Forscher arbeiten an neuem Rohstoff für Super-Akkus

Die Hülsen von Reiskörnern enthalten Siliziumverbindungen. Koreanische Forscher haben ein Verfahren entwickelt, wie sich daraus reines Silizium herstellen lässt. Dieses könnte in Akkus eingesetzt werden. Und zwar ohne Kapazitätsverlust.

Reis: In den Hüllen des Getreides verbergen sich Siliziumverbindungen. 

Reis: In den Hüllen des Getreides verbergen sich Siliziumverbindungen. 

Foto: dpa

Lithium-Ionen-Akkus verlieren nach einiger Zeit deutlich an Kapazität. Dieses Problem zeigte sich in ersten Labortests der koreanischen Wissenschaftler nicht. „Dem Silizium, das von dem Siliziumdioxid in Reishülsen gewonnen wird, könnte es gelingen, den Kapazitätsumfang vollkommen stabil zu halten“, berichtet der südkoreanische Forscher und Projektleiter Jang Wook Choi. Es sind die natürlichen Nanostrukturen der Siliziumanteile in der Getreidespelze, die hervorragend geeignet sind für Lithium-Ionen-Batterien.

Hülsen bisher zu Düngemittelzusatzstoffen verarbeitet

Jährlich fallen bei der Reisernte 100 Millionen Tonnen Reishülsen an, die bisher zu Düngemittelzusatzstoffen verarbeitet wurden. Für etwa ein Drittel der Weltbevölkerung ist Reis das Hauptnahrungsmittel und erreicht eine Jahresproduktion von 422 Millionen Tonnen weltweit. Jang Wook Choi vom Korea Advanced Institute of Science and Technology hat nun ein mehrstufiges Verfahren entwickelt, mit dem aus den Resten der Reisernte – den Reishülsen ­– reines Silizium gewonnen werden kann.

Dank der in den Reishülsen enthalten Silizium-Verbindungen wird das Korn vor Eindringlingen wie Bakterien oder Insekten geschützt. Über die Wurzeln gelangt das Siliziumdioxid als Monokieselsäure in die Reispflanze und wandert  dann in die äußeren Zellschichten. Dort wird es als harte Schutzschicht eingelagert. Luft und Wasser jedoch können zum Kern durchdringen, da sie auf Nanometer-Ebene porös sind. Diese Quellen wollen Choi und sein Team jetzt nutzen, um Silizium für Super-Akkus zu gewinnen.

Die Reishüllen haben eine ganz besondere Oberflächenstruktur: Viele winzige Löcher bedecken die Oberfläche eines Reiskorns und versorgen somit das Innenleben mit Sauerstoff. „Die Löcher bieten den Ionen einen Platz, wo sie sich auf den Elektroden während des Lade- und Entladevorgangs niederlassen können. Dadurch bleibt die Kapazität der Batterie ohne signifikante Veränderung“, erklärt Choi. Bei der Siliziumgewinnung bleibt die besondere Struktur der Hülsen erhalten.

Moderne Geräte brauchen hohe Laufzeiten

Erste Labortests zeigten, dass Siliziumverbindungen aus Reishülsen nicht zum Kapazitätsverlust der Akkus führen wie es normalerweise bei Lithium-Ionen-Akkus der Fall ist. Die modernen elektronischen Geräte wie Smartphones, Laptops und Tablets sind große Energiefresser und benötigen hohe Kapazitäten. Daher wurden die Graphit-Elektroden in den Akkus schon mit den effizienteren Silizium-Elektroden ausgetauscht. Sie können zehnmal mehr Energie speichern. Der Nachteil der Silizium-Elektroden liegt jedoch in dem hohen Kapazitätsverlust. „Unsere Variante hat nicht dieses Problem und bietet eine natürliche Alternative, die besser ist, weil sie über Jahre der Evolution entwickelt worden ist“, so Choi.

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Neue Generation von Super-Akkus

Allerdings räumt Choi ein, dass das neue Verfahren nicht gerade preisgünstig ist. „Die Umwandlung von Siliziumdioxid in reines Silizium ist ein sehr kostenintensiver Prozess. Aber auch das heute verwendete Silizium wird mit ähnlichen aufwendigen Verfahren hergestellt. Wir glauben deshalb, dass unsere Technik durchaus wettbewerbsfähig sein kann“, informiert Choi. Möglicherweise könnte das neue Verfahren zu einer neuen Generation von Super-Akkus führen.

 

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