Filigrane Strukturen aus Silizium können Kapazität von Lithiumionen-Akkus deutlich steigern

Nanodrähte

Kiel - Der Erfolg des Elektroautos steht und fällt mit günstigen und leistungsfähigen Batterien. Daher wird weltweit mit Hochdruck an der Kapazitätssteigerung von Lithiumionen-Akkus gearbeitet. Ein Weg verfolgt sicherere und stabilere Anoden-Materialien, die das heute verbreitete Graphit ersetzen sollen. Nun fanden Kieler Materialforscher einen Weg, für die Akku-Anode Nanodrähte aus Silizium günstig und in hoher Qualität zu produzieren. Über ihren Erfolg berichteten sie im Fachblatt "physica status solidi".

Die Gruppe um Helmut Föll an der Universität Kiel ätzte aus einem Silizium-Wafer knapp einen Mikrometer dicke und 140 Mikrometer lange Si-Nanodrähte heraus. Dieser Prozess ließ sich mit einer Maske aus winzigen Poren so gut kontrollieren, dass sich die Drähte in geringem Abstand von etwa zwei Millionstel Metern senkrecht nebeneinander anordneten. Über eine galvanische Abscheidung umhüllten sie die Nanodrähte teilweise mit Kupfer. Erste Akku-Prototypen zeigten eine zehnmal höhere Anoden-Kapazität als Graphit. 60 Ladezyklen konnten in ersten Testläufen ohne Leistungseinbußen durchgeführt werden.

Mit dieser Verzehnfachung der Anodenkapazität gegenüber Graphit könnte die Ladekapazität eines kompletten Akkus um mindestens 30 Prozent gesteigert werden. Zugleich verbessert sich mit Silizium die Betriebssicherheit gegenüber dem heute etablierten Graphit. Da sich der Prozess schnell und günstig durchführen lässt, stoßen die bereits patentierten Kieler Ergebnisse auf großes Interesse bei den Akkuentwicklern und könnten in wenigen Jahren zu neuen, marktreifen Stromspeichern führen.