Fakultät für Chemie und Pharmazie

Energiespeicher der Zukunft - Akkus laden in Rekordzeit

Ob Elektroauto oder E-Bike, entscheidend für den Fahrspaß ist der Akku. Marktführer sind derzeit Lithium-Ionen-Akkus. LMU-Wissenschaftler haben eine Nanostruktur aus Lithium-Titanat entwickelt, die den heutigen Energiespeichern überlegen ist.
Einen guten Akku kennzeichnen vor allem vier Faktoren: Er soll eine hohe Energiedichte besitzen und somit bei geringem Gewicht und Größe viel Energie bereitstellen. Hinzu kommen eine möglichst hohe Leistung und eine schnelle Ladegeschwindigkeit des Akkus. Im Interesse des Nutzers liegt zudem die Stabilität des Energiespeichers, der auch nach 1000 Ladevorgängen noch funktionieren soll.

 

Für die Ladegeschwindigkeit bei hoher Stabilität haben Professor Thomas Bein, Dr. Dina Fattakhova-Rohlfing (Mitglieder der Nanosystems Initiative Munich (NIM)) und weitere Mitarbeiter in der Materialentwicklung neue Maßstäbe gesetzt. In der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“ stellen die Chemiker eine Nanostruktur vor, die die Werte der bisherigen Speichersysteme deutlich übertrifft. Dazu entwickelten sie einen Syntheseweg, der ultrakleine Kristalle von Lithium-Titanat hervorbringt. Diese wachsen mit Hilfe von Polymeren beim Erhitzen auf 400 °C zu einem porösen nanokristallinen Netzwerk zusammen.

Nur wenige Sekunden Ladezeit

Dank der sehr kleinen Kristallgröße und der großen, gut zugänglichen Oberfläche können die Lithium-Ionen rasch diffundieren, was zu außergewöhnlich schnellen Ladezeiten führt. In nur wenigen Sekunden ließ sich das Lithium-Titanat-Netzwerk komplett aufladen und auf Wunsch wieder entladen. Damit erreichte das Material Rekordwerte, denn das Laden einer ähnlichen Nanostruktur mit größeren Kristallen dauerte in anderen Studien mehr als 60 Sekunden. Zudem wurde im Versuch der Münchner Wissenschaftler das Material auch nach tausend Ladezyklen nicht müde, sondern behielt die schnelle Ladezeit bei.

„Bislang konnten schnelle Ladungszeiten, typisch für Superkondensatoren, und die hohen Kapazitäten herkömmlicher Batterien nicht in einem System vereint werden“, erklärt Thomas Bein. „Die entwickelten extrem schnellen Speicherelektroden haben Potential diese Lücke zu schließen und die Entwicklung von neuen effizienten Energiespeichersystemen zu ermöglichen." (Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51/52. online: 18. Juni 2012) (NIM)