Um eine längere Batterielaufzeit bei Handys oder eine größere Reichweite von Elektroautos zu erreichen, sind Akkus nötig, die mehr Energie auf gleichem Raum speichern. Um dieses Ziel zu erreichen, setzen Forscher am Institut für Nanotechnologie (INT) des Karlsruhe Institute of Technology auf Eisen-Kohlenstoff-Materialien. Sie haben ein Verfahren entwickelt, bei dem eine spezielle Nanostruktur entsteht. Deren Energiespeicherkapazität liegt schon jetzt doppelt so hoch wie bei normalen Lithium-Ionen-Batterien. Dieser Wert soll noch weiter steigen.
Mehr Strom pro Kubikmeter
In diversen Anwendungsbereichen ist es wichtig, die Kapazität von Akkus zu steigern. "Mit herkömmlichen Lithium-Ionen Batteriematerialien sind heute nur noch geringe Verbesserungen zu erwarten", sagt Maximilian Fichtner, Leiter der Gruppe Energiespeichersysteme am INT. Sein Team setzt daher auf Eisen-Kohlenstoff-Materialen. Diese haben eine relativ hohe spezifische Kapazität, können also mehr Strom auf gleichem Raum speichern. Allerdings neigen diese Materialien dazu, beim Be- und Entladen eines Akkus schnell an Speicherkapazität einzubüßen.
Daher hat das Team um den Chemiker Maximilian Fichtner einen neuen Ansatz zur Synthese von Eisen-Kohlenstoff Speichermaterialien entwickelt. Sie vermischen unterschiedliche Ausgangsmaterialien mit einem Lithiumsalz und erwärmen das Gemisch. So entsteht eine komplett neue Nanostruktur, die zusätzlich von Kohlenstoffdrähten durchzogen ist - also praktisch nanoskalige Speichereinheiten und Leiterbahnen in einem Schritt. "Die Herstellung ist einfach und kostengünstig und die hohe Kapazität der Eisen-Kohlenstoffelektrode bleibt sehr lange erhalten", betont Fichtner.