1. Diese Seite verwendet Cookies. Wenn du dich weiterhin auf dieser Seite aufhältst, akzeptierst du unseren Einsatz von Cookies. Weitere Informationen

Superakkus speichern Strom für eine halbe Ewigkeit

Dieses Thema im Forum "Handy - Navigation News" wurde erstellt von chris, 20. November 2011.

  1. chris
    Offline

    chris VIP

    Registriert:
    14. Juni 2009
    Beiträge:
    5.836
    Zustimmungen:
    8.344
    Punkte für Erfolge:
    0
    Das ständige Laden von Akkus gehört schon bald der Vergangenheit an: Neue Superakkus für Smartphones und Laptops halten künftig zehnmal so lange.

    Wie war das damals noch? Als man mit einem Handy nur telefonieren konnte? Als der Begriff „Smartphone“ noch nicht erfunden war, vom Tablet-Computer ganz zu schweigen? Es gibt Menschen, die sich diese Zeit zurückwünschen. Warum? Ein Akku hielt damals fast sieben Tage lang – und damit drei bis vier Mal länger als die strapazierten Smartphone-Batterien heutiger Durchschnittsgeräte.


    Die enorme Leistungsfähigkeit moderner Handys und Laptops geht mit einem krassen Energiehunger einher. Doch Forscher der Northwestern University in Illinois wollen jetzt die Lösung gefunden haben: Harold H. Kung und sein Team haben eine Methode entwickelt, Lithium-Ionen-Akkus mit der zehnfachen Kapazität bisheriger Modelle auszustatten.

    Die Wissenschaftler kombinierten dazu den normalerweise verwendeten Kohlenstoff mit Silizium, um einen schnelleren Ladeprozess und eine höhere Speicherdichte zu erreichen. Einziger Nachteil: Die Kapazität sinkt schneller als die herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus. So büßten die Testmodelle nach etwa 150 Ladevorgängen die Hälfte ihrer ursprünglichen Kapazität ein.
    Kung und sein Team sind jedoch zuversichtlich, dass die neue Technologie die in sie gesetzten Erwartungen erfüllen kann. In drei bis fünf Jahren sollen die ersten Akkus auf dem Markt erhältlich sein.
    Doch die Forscher sind nicht die einzigen, die Akkus zu Dauerläufern machen wollen und das ständige Laden von Smartphone, Laptop und Co. schon bald in ein antiquiertes Ritual verwandeln könnten. Angespornt von riesigen Gewinnerwartungen aus dem Auto- und Smartphone-Bereich, gibt es aktuell so viele Akku-Versuchstechniken wie nie zuvor.

    Deutsche Forscher entwickeln eine Lithium-Luft-Batterie

    Eine der aussichtsreichsten Methoden, die Kraft von Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen, kommt aus Deutschland: Die Forscher an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster arbeiten an der Lithium-Luft-Batterie. Dabei handelt es sich um ein Prinzip, das in den 90ern schon mal ausprobiert wurde: Lithium reagiert in der Batterie mit Sauerstoff.
    Die Technik ist deshalb so interessant, weil sie massive Gewichtsvorteile gegenüber bekannten Lithium-Konstruktionen verspricht. Eine normale Lithium-Batterie sieht nämlich an ihren Elektroden Trägermaterial vor, in dessen Zwischengitterplätzen sich die Lithium-Ionen nach ihrer Wanderung durch den Elektrolyt setzen, um Elektronen auszutauschen, die wiederum für den Stromfluss sorgen.


    Es handelt sich dabei zum Beispiel um Kohlenstoff oder Metalle. Dieses Material macht den Großteil des Akku-Gewichtes aus. Mit Sauerstoff als Reaktionspartner für Lithium kann man statt eines der Gitter eine Reaktionsoberfläche verwenden – der Akku wird leichter.
    Man braucht nicht viel Fantasie, um Vorteile solcher Akkus für mobile Elektronik zu sehen. Die riesigen, energiehungrigen Hochleistungsnotebooks etwa könnten zehn Mal länger als heute ohne Steckdose auskommen, und Smartphones bei längeren Laufzeiten auch noch deutlich leichter werden, denn deren schwerstes Einzelteil ist aktuell der Akku.


    Doch es gibt noch Probleme mit der neuen Technik. Zum Beispiel reagiert Lithium mit dem Luftsauerstoff zu Verbindungen, die als Brandbeschleuniger wirken können. Mit Wasser sollte das Batterieinnere überhaupt nicht in Berührung kommen, denn die auf diesen Kontakt folgende heftige Reaktion würde die Batterie verbrennen.
    Daraus ergibt sich erstens eine gewisse Herausforderung, den richtigen Elektrolyten für diese Batterie zu finden, also das Medium, durch das die Lithium-Ionen schließlich strömen, und zweitens darf kein Wasser ins Innenleben gelangen. Das ist schwieriger als es zunächst klingt, denn Luft enthält ja normalerweise immer Feuchtigkeit.
    Eine vergleichbare Leistungsfähigkeit wie mit Lithium-Luft-Batterien verspricht sich das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit einem neuartigen Batterieprototyp, in dem Fluorid mit Metallen reagiert. Dabei entstehen chemische Verbindungen, die pro Ladungseinheit viel platzsparender sind als die heute üblichen Metallstrukturen, in die sich Lithium-Ionen setzen.

    Fluorid-Ionen-Batterien halten zehn Mal länger

    So halten Fluorid-Ionen-Batterien wahrscheinlich zukünftig zehn Mal länger als aktuelle Batterien. Und es gibt noch einen weiteren Vorteil: Es könnte sein, dass Akkus in einigen Jahren erstens unabhängig vom sich stetig verteuernden Lithium werden und zudem generell günstiger hergestellt werden können, obwohl sie obendrein noch mehr Energie speichern.
    Der Prototyp der Batterie besteht bis jetzt aus einem sehr einfachen Aufbau: eine Röhre, in die drei Pulver hineingepresst werden; zwei an den Elektroden, eines für den Elektrolyten dazwischen. Die Reaktionspulver an den Elektroden kann man sich vorstellen wie einen „schmutzigen Schneeball“, sagt Maximilian Fichtner, Leiter der Gruppe Energiespeichersysteme am KIT.
    Die feine Mischung besteht aus dem Material, das mit den Fluorid-Ionen reagiert, elektrisch leitenden Stoffschnipseln, die die Ladung abführen, sowie Bindemitteln. Ähnlich gut wie bei Fluorid-Ionen sieht es bei einem Versuch des Lawrence Berkeley National Laboratory aus, der vom US-Energieministerium gefördert wird.


    Seit mehr als einem Jahr laufen dort Testaufbauten, deren Silizium-Anode acht Mal so viel Lithium-Ionen aufnehmen kann wie heutige aus Graphit, und die mit Hunderten von Lade-/Entladezyklen bereits gezeigt haben, dass das Konzept tragfähig ist. Das schafft aber ein Problem, mit dem auch die Karlsruher Forscher kämpfen: Die Elektroden schwellen stark an, was in bisherigen Konzepten die Anode schnell zerstörte.
    „Die meisten heutigen Li-Ion-Batterien haben Anoden aus Graphit, das ist elektrisch leitend und dehnt sich nur sehr moderat aus. Silizium kann zehn Mal so viel speichern, es hat bei Weitem die höchste Kapazität aller Lithium-Ionen-Aufnehmer, aber es schwillt auf mehr als das Dreifache an, wenn die Batterie vollgeladen ist“, erklärt Gao Liu vom der Environmental Energy Technologies Division (EETD) in Berkeley.

    Neues, elektrisch leitfähiges Polymer intressiert die Industrie

    Lius Team löste den Konflikt, indem es ein neues, elektrisch leitfähiges Polymer entwarf, das einerseits die Ausdehnungen gut mitmacht und andererseits mit den elektrochemisch extremen Bedingungen in einer Lithium-Batterie zurechtkommt. Es ist außerdem günstig in der Herstellung und kann in bestehenden Batteriefabriken verarbeitet werden. Die Industrie ist höchst interessiert.
    Einen ganz ähnlichen Weg wie das Berkeley Lab geht ein Gemeinschaftsprojekt der Universität Clemson und dem Georgia Institute of Technology. Auch dieses Team kommt mit ihrer Silizium-Variante auf die achtfache Energiedichte heutiger Graphit-Techniken, auch sie haben mit über 1000 Lade-/Entladevorgängen bewiesen, dass die Theorie stimmt. Mit dem Problem, dass sich das Silizium stark ausdehnt, gehen sie anders um. Sie verwenden ein Alginat, hergestellt aus Braunalgen (Seetang).
    Alginate sind natürliche Polymere, die zum Beispiel auch in Eiskrem oder Kosmetika gemischt werden. Das Alginat legt sich schützend um die Siliziumpartikel, bindet sie zusammen und an die Metallfolie, an der schließlich die externen Kontakte der Batterie befestigt werden.
    Wie bei den Polymeren aus Berkeley passt die Technik in heutige, bestehende Fertigungsprozesse. Es fehlt allerdings noch ein passender Gegenpol zu so einer Anode, also eine Kathode, die ebenso hohe Kapazität bietet. Nach der suchen die Forscher noch. Die Algen-Akkus sind genauso leicht wie heutige Batterien – und ein Drittel leistungsfähiger. Und die Herstellung ist auch noch umweltfreundlich.

    Quelle:

    Dieser Link ist nur für Mitglieder!!! Jetzt kostenlos Registrieren ?

     
    #1
    trade, labilius, lokalkey und 2 anderen gefällt das.

Diese Seite empfehlen