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Samsungs Graphen-Akkus sind offenbar marktreif

Meldung von doelf, Mittwoch der 24.10.2018, 19:28:53 Uhr

Wie SamsungMobile.News twittert, hat Samsung die Entwicklung seiner ersten Graphen-Batterien zur Marktreife erfolgreich abgeschlossen. Akkus mit einer Graphen-Anode und einer Graphen-ummantelten Kathode versprechen neben einer höheren Ladungskapazität auch eine deutliche Verkürzung der Ladezeiten. Schon vor einem Jahr hatte das "Samsung Advanced Institute of Technology" (SAIT) solche Batterien vollmundig angepriesen.

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. Sie entschlossen sich, das aktive Material mit einer einer leitfähigen und zugleich schützenden Schicht zu ummanteln. Zugleich mussten sie aber auch einen 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 2017 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 Graphen-Lagen 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 Graphen-Kugeln besteht, dienen diese auch als Beschichtungsmaterial für die Kathode. Sie ummanteln dabei einen Kern aus Nickel-reichen Schichten. Die resultierende Akkuzelle ist deutlich haltbarer als aktuelle Lithium-Ionen-Varianten und verkraftet zudem das schnelle Aufladen wesentlich besser.

Im kommerziellen Einsatz seien 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 des SAIT damals. Betriebstemperaturen von 60°C sind beispielsweise für den Einsatz in Fahrzeugen erforderlich. Bemerkenswert sind insbesondere die Ladezeiten, welche sich um den Faktor fünf verkürzen sollen, doch auch eine um 45 Prozent höhere Ladungskapazität kann sich sehen lassen. Ganz neu sind Akkus mit Graphen übrigens nicht: Für den Modellbau werden solche Batterien schon angeboten, allerdings ohne Graphen-Anode oder Popcorn-artige Strukturen.

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