An der Technischen Universität Wien wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Hasselt in Belgien eine Messmethode entwickelt, durch die es möglich werden soll, die Speicherkapazität von Lithium-Ionen-Akkus deutlich zu vergrößern. Das Messgerät soll dabei helfen, das bisher in die Akkus eingebaute Graphit durch Silizium zu ersetzen.
„Pro Silizium-Atom könnte man ein Lithium-Ion speichern, damit ließe sich die Speicherkapazität theoretisch auf das Sechsfache steigern“, sagt Prof. Markus Valtiner vom Institut für Angewandte Physik der TU Wien.
Durch Einsatz von Silizium könnte man also die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien deutlich steigern. Allerdings hat Silizium andere Eigenschaften als Graphit: bei Lithiumaufnahme vergrößern sich die Silizium Körnchen bis auf ein Vierfaches und können dann zerbröseln. Außerdem bekommt die sich zwischen Festem und Flüssigem bildende Grenzschicht durch diese Ausdehnung Risse.
Rasterkraftmikroskop zur Entwicklung einer elastischen Grenzschicht
Darum braucht man eine flexible Grenzschicht rund um die Elektroden. „Optimal wäre eine elastische Grenzschicht, die keine Risse bekommt, wenn das Silizium-Körnchen wächst“, so Valtiner. Zur Analyse und Entwicklung dieser Schicht gab es bisher keine Untersuchungsmethode. Das von der TU Wien entwickelte Messgerät ist ein Rasterkraftmikroskop, mithilfe dessen man nun Wachstum und Elastizität der Grenzschicht bei Auf- und Entladen der Batterie analysieren kann.
Mit diesem Mikroskop will das Forschungsteam unterschiedliche Material-Varianten untersuchen, um passende Elektrolyten für Silizium-basierte Lithium-Ionen-Batterien zu finden. So sollen Batteriekapazitäten um das Doppelte gesteigert werden. Erste Markteinführungen mit dieser Technologie sind laut TU Wien in den nächsten drei bis fünf Jahren zu erwarten.
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