Studenten der Stanford Universität und des dortigen Stanford Linear Accelerator Centers haben einen neuen Weltrekord für Energiespeicher oder Akkus gesetzt: Fünf mal so viel Energie pro Gewicht sollen die neuen Yolk-Shell-Akkus halten können, verglichen mit heutiger Technologie auf dem Markt. Aktuell sind bekanntermaßen Akkus auf Lithium-Ionen-Basis verbreitet, die von den neuartigen Zellen um Längen geschlagen wurden.
Auch die Langlebigkeit soll überzeugen können: Die Leistung konnte über 1000 Ladezyklen auf einem hohen Niveau gehalten werden, was die Technologie für mobile Geräte oder elektrische Vehikel interessant macht. Zum Vergleich: Li-Ion-Akkus halten im Schnitt ungefähr 80% ihrer Ursprungskapazität nach 500 Ladezyklen.
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Mit an der Innovation beteiligt sind natürlich Nanopartikel, die als winzige "Schwefelnuggets" von porösem Titandioxid umgeben sind. Woher also Yolk-Shell als Bezeichnung? Ganz easy, Yolk steht für das Eigelb (Dotter) eines Hühnereis. Die Schwefelpartikel sind also eingepackt wie das Eigelb in einem Ei. Zwischen der Schale und dem Dotter besteht (wie bei den Hühnern) allerdings etwas Freiraum, der hier jedoch nicht von Eiweiß gefüllt wird, sondern als Ausdehnungspuffer für den Schwefel dient. Bei der Entladung des Akkus können Lithium-Ionen durch die Schale bis zum Schwefel gelangen, der daraufhin expandiert und die Schale ausfüllt, aber nicht bricht. Die Schale dient gleichzeitig zum Schutz der Schwefelpartikel, die sich sonst in Elektrolyt-Löser auflösen könnten.
Jedes dieser Nanopartikel aus Schwefel und Titandioxid misst gerademal 800 Nanometer (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter) im Durchmesser, ungefähr einhundertmal so dünn wie ein durchschnittliches menschliches Haar. Also nichts, was ihr mal eben in der Garage nachbauen könntet. Die frohe Kunde verlautbart, dass der Versuch mit den neuartigen Akkus auf Anhieb funktionierte und großes Potenzial verspricht. Nach ganzen 1000 Ladezyklen hatte der Eier-Akku immernoch 70 Prozent seiner Kapazität, besser geht es aktuell nicht. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des Papers war das Design des Akkus noch nicht mal optimiert, es besteht aso noch die Möglichkeit der weiteren Verbesserung.
Die Neuerung mit der Yolk-Shell bezieht sich auf die Kathode, bald sollen die Erkenntnisse auch auf eine Silizium-Anode angewandt werden. Wir bleiben gespannt und hoffen auf gute Akkulaufzeiten für kommende Sommer und Road Trips in der nahen Zukunft. Kaum vorstellbar, wie diese Technologie in einem geschichteten iPad-Akku performen würde, sofern die Tricks von Apple auch hier Anwendung finden könnten.
Wie lange sollte euer idealer Akku halten können? Könntet ihr heutzutage ohne Akkus leben?
Paper: A Yolk-Shell Design for Stabilized and Scalable Li-Ion Battery Alloy
Anodes
via: Stanford Battery Lasts 5X Longer
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