US-Forscher haben eine Batterie gebaut, die sich innerhalb von Sekunden wieder aufladen lässt. Dazu modifizierten sie einen Lithium-Ionen-Akku so, dass er Energie sehr viel schneller abgeben und aufnehmen kann als herkömmliche Varianten. Auf diese Weise verkürzt sich die Ladezeit, während die Leistungsdichte bei gleicher Speicherkapazität steigt, der Akku also bei Bedarf kurzfristig mehr Energie liefert. Besonders attraktiv wäre ein solches System für den Einsatz in Elektrofahrzeugen: Es ermöglicht eine gute Reichweite und stellt gleichzeitig spontan genügend Energie für eine ausreichende Beschleunigung zur Verfügung, erläutern die Wissenschaftler. Bis die neue Batterie allerdings tatsächlich eingesetzt werden kann, werden wohl noch mindestens zwei bis drei Jahre vergehen, schätzen die Forscher.
Für eine Batterie sind zwei Größen wichtig: Die Energiedichte gibt an, wie viel Energie pro Volumen oder Gewicht die Batterie speichern kann. Die Leistungsdichte beschreibt hingegen, wie schnell diese Energie aufgenommen oder abgegeben werden kann. Beides gleichzeitig zu optimieren, ist schwierig. So haben beispielsweise Kondensatoren wegen ihrer großen Oberfläche eine hohe Leistungsdichte und können die Energie schnell zur Verfügung stellen, verfügen jedoch wegen des kleinen Ladungsspeichers nur über eine niedrige Energiedichte. Batterien und Akkus haben hingegen dank ihrer kompakten Bauweise meist eine hohe Energiedichte, sie können die Energie wegen ihrer vergleichsweise kleinen Oberfläche aber nur nach und nach abgeben.
Die beiden Wissenschaftler Byoungwoo Kang und Gerbrand Ceder scheinen mit ihrem System nun jedoch beides zusammengebracht zu haben: Ihr neuartiger Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator besitzt eine ungewöhnliche, glasartige Schicht an der Oberfläche, die den Transport der Lithiumionen beschleunigt. Man könne sich das vorstellen wie eine Umgehungsstraße, illustrieren die Wissenschaftler: Um sich schnell bewegen zu können, benötigen die Ionen Tunnel, die von der Oberfläche in das Material hineinführen. Die Eingänge dieser Tunnel sind für die Ladungsträger in herkömmlichen Akkus jedoch nur schwer erreichbar, so dass der Ionen-Verkehr sehr langsam fließt. Die neue Oberflächenstruktur schafft nun neue Wege zu den Eingängen und lässt den Stau so gar nicht erst entstehen.
Den Beschleunigungseffekt konnten die Forscher bereits in einem kleinen Modellsystem demonstrieren: Sie produzierten eine kleine Batterie, die innerhalb von zehn bis zwanzig Sekunden vollständig ge- oder entladen werden konnte. Wurde das unveränderte Material ohne die glasartige Oberfläche verwendet, benötigte die gleiche Batterie hingegen sechs Minuten zum Laden. Da es sich nur um eine Modifikation und nicht um eine Neuentwicklung des Materials handelt, hoffen die Forscher nun auf eine schnelle Weiterentwicklung und Markteinführung ihres Systems.
Byoungwoo Kang und Gerbrand Ceder (MIT): Nature, Bd. 458, S. 190 ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
