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Samsung will mit neuer Technik Akkus fünfmal schneller laden

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Das "Samsung Advanced Institute of Technology" (SAIT) sieht in Graphenkugeln den besten Weg, um die Ladezeiten von Akkus um den Faktor 5 zu beschleunigen. Zugleich sollen die Ladungskapazitäten der Batterien um 45 Prozent steigen und Betriebstemperaturen von 60 °C, wie sie für den Einsatz in Fahrzeugen erforderlich sind, möglich sein.

Samsungs Forscher suchten einen möglichst realistischen Ansatz, um ein schnelles Laden der Kathode ohne negative Auswirkungen auf die Energiedichte und Lebensdauer der Zelle zu ermöglichen. Ein Ausweg scheint im Ummanteln des aktiven Materials mit einer leitfähigen und zugleich schützenden Schicht zu liegen. Gleichzeitig mussten sie aber auch eine Lösung für die Lithium-Abscheidung finden, die sich bei hohen Ladungsraten an den derzeit üblichen Graphit-Anoden bilden. Diese Abscheidungen sind die Hauptursache für einen Kapazitätsschwund und können letztendlich sogar zu Kurzschlüssen führen. Toshiba hatte unlängst angekündigt, dieses Problem mit Hilfe von Titan-Nioboxid-Anoden entschärfen zu wollen. Die hieraus resultierenden Zellen können nach Ansicht der Japaner die doppelte Kapazität erreichen.

Die Südkoreaner haben für ihre Anode einen anderen Weg gewählt, nämlich Graphen-Siliciumdioxid (SiOx). Um einen Nanopartikel aus Graphen-Siliciumdioxid legen sich Lagen aus Graphen, die eine dreidimensionale Popcorn-artige Struktur bilden. Die SiOx-Nanopartikel verhindern dabei die Entstehung von Siliziumkarbid und stellen eine gleichmäßige Bildung der Graphenlagen sicher. Auf diese Weise wird die Grenzflächenstabilität zum Elektrolyten erhöht und die elektronische Leitfähigkeit gesteigert. Die spezifische Kapazität solcher Anoden soll bei 716,2 mAh g-1 liegen. Während die Anode vollständig aus Graphenkugeln besteht, dienen diese auch als Beschichtungsmaterial für die Kathode. Sie ummanteln dabei einen Kern aus nickelreichen Schichten. Die resultierende Akkuzelle ist deutlich haltbarer als aktuelle Lithium-Ionen-Varianten und verkraftet zudem das schnelle Aufladen wesentlich besser. Im kommerziellen Einsatz sei eine Energiedichte von fast 800 Wh L-1 sowie eine Kapazitätserhaltung von 78,6 % nach 500 Ladezyklen bei Temperaturen zwischen 5 und 60 °C zu erwarten, erläuterten die Wissenschaftler von SAIT.

Autor: mid
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