Längere Laufzeiten, größere Reichweiten und kürzere Ladevorgänge – mit diesen Verbesserungen wäre Elektromobilität ein Selbstläufer. Akkus mit Anoden auf Silizium-Basis haben diese Eigenschaften – doch wegen seiner mechanischen Instabilität war es bisher kaum möglich, Silizium für die Speichertechnologie zu nutzen. Ein Forschungsteam vom Institut für Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) will in Zusammenarbeit mit der Firma Rena Technologies Anoden aus Silizium sowie ein Konzept für ihre industrielle Herstellung entwickeln.
Theoretisch sei Silizium das beste Material für Anoden in Akkus, sagt Materialwissenschaftlerin Sandra Hansen. Es könne bis zu zehnmal mehr Energie speichern als Graphit-Anoden in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Als zweithäufigstes Element der Erde – nach Sauerstoff – sei Silizium zudem eine nahezu unbegrenzte, kostengünstige Ressource, so Hansen weiter. Anoden in herkömmlichen aufladbaren Batterien bestehen aus etwa 10 bis 15 Prozent Silizium.
Die Anode bläht sich auf
Doch bisher war die Lebensdauer von reinen Siliziumanoden zu gering, um sie in Akkus einzusetzen. Grund ist die hohe Empfindlichkeit des Materials. Beim Aufladen bewegen sich Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode hin und her. Silizium nimmt besonders viele Lithium-Ionen auf. Dadurch dehnt es sich um 400 Prozent aus und würde auf Dauer zerbrechen.
Am Kieler Institut für Materialwissenschaft wird seit fast 30 Jahren an Silizium geforscht. Die bisherigen Erkenntnisse sollen – kombiniert mit den Silizium-Erfahrungen von Rena Technologies aus der Solartechnik – dazu beitragen, Anoden aus 100 Prozent Silizium für Akkus herzustellen. So ließe sich ihr Speicherpotenzial maximal ausschöpfen. (wa)
