Elektroden aus Graphen-Papier machen Lithium-Ionen-Akkus flexibel und biegsam - Mehr Spielraum für Gerätedesigner

Graphen-Elektrode

Daejon (Südkorea) - Ob im Elektroauto, Handy oder in der Taschenlampe: In allen Geräten stecken kleine, starre Batterien. Doch diese tragbaren Stromspeicher können auch deutlich flexibler konstruiert werden und so den Designern von Elektronik-Produkten viel mehr Spielraum lassen. Einen ersten Prototyp eines biegsamen Lithium-Ionen-Akkus bauten nun koreanische Wissenschaftler vom Advanced Institute of Science and Technology in Daejon (KAIST). Wie sie in der Fachzeitschrift "Energy & Environmental Science" berichten, wurde dieser Fortschritt erst mit den hauchdünnen und elektrisch leitfähigen Schichten aus dem Kohlenstoff-Werkstoff Graphen möglich.

"Der Bau von biegsamen Energiequellen ist eine große Herausforderung, da bisher keine Werkstoffe sowohl mechanisch flexibel, stabil und zugleich sehr gut elektrisch leitfähig waren", schreiben Kisuk Kang und seine Kollegen vom KAIST-Department of Materials Science and Engineering. Doch mit der Entdeckung von Graphen, einem Material aus nur einer Atomlage dicken Kohlenstoffschichten, hatte die Suche ein Ende. So stapelten die Forscher viele flexible und dennoch bruch- und reißfeste Graphen-Lagen übereinander und ersetzten damit die heute noch starren Elektroden in Lithium-Ionen-Akkus.

Die Anode ihres Prototyps reicherten sie elektrochemisch mit Lithium an, die Kathode beschichteten sie dagegen mit Vanadiumoxid. Sobald der biegsame Stromspeicher mit einem flüssigen Elektrolyten angefeuchtet war, konnten die Forscher seine Ladekapazität testen. Bei Spannungen zwischen 1,7 und 3,8 Volt ließ sich dieser Akku mehrfach auf- und entladen. Die Ladekapazität lag zwar mit etwa 15 Mikroamperestunden pro Quadratzentimeter noch weit unter der von handelsüblichen Akkus. Doch blieb diese Werte trotz wiederholten Aufrollens und Verbiegens des Stromspeichers stabil.

Reif für den Bau von biegsamen Akkus ist diese Technologie bisher noch nicht. Doch ist es nur eine Frage der Zeit, bis mit besseren Fertigungsmethoden deutlich höhere Ladekapazitäten der flexiblen Akkus erzielt werden können. Prinzipiell haben Graphen-Schichten wegen ihrer großen aktiven Oberfläche sogar das Potenzial, in Zukunft mehr Strom bei gleicher Akkugröße speichern zu können. Das Team um Kisuk Kang erwartet, dass solche biegsamen Akkus besonders für die weitere Entwicklung von intelligenter Kleidung mit integrierten Monitoren und Prozessoren Impulse geben könnten.