Neues vielversprechendes Material für Lithium-Ionen-Akkus

Lithium-Borsilicid-Gerüststruktur

Wissenschaftler der Technischen Universität München haben ein Material aus Bor und Silizium entwickelt, das die Speicherkapazität von Lithium-Ionen-Akkus um einiges steigern könnte. Sollte sich das als funktionstüchtig herausstellen, wäre es eine kleine Sensation.

Die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus weiter zu steigern, ist ein lang gehegter Traum: Nicht nur Smartphones und Laptops könnten viel länger laufen, auch für das Elektromobil wäre das ein entscheidender Schritt nach vorn. Um zu verstehen, was die Forscher entwickelt haben, muss man die Funktionsweise eines herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus verstehen. Lädt man diesen auf, so entstehen Lithium-Atome.

Die negative Elektrode eines Lithium-Ionen-Akkus besteht bisher zumeist aus Graphitschichten. Diese nehmen die Lithium-Ionen auf. Das Problem dabei: die Kapazität des Graphits ist begrenzt, auf sechs Kohlenstoff-Atome kommt maximal ein Lithium-Atom. Silizium indes könnte bis zu zehnmal mehr Lithium aufnehmen. Es dehnt sich aber leider stark aus. Das führt beim Einsatz der Akkus zu bisher nicht gelösten Problemen.

Nun haben die Wissenschaftler der TU München auf der Suche nach einer Alternative zu Silizium eine völlig neue Gerüststruktur aus Bor und Silizium aufgebaut. Sie könnte sich als Elektrodenmaterial eignen. Die Bor- und Silizium-Atome sind im neu entwickelten Lithium-Borsilicid (LiBSi2) ähnlich wie die Kohlenstoff-Atome in einem Diamanten tetraederförmig miteinander verbunden. Anders als Diamanten bilden sie aber zusätzlich Kanäle aus. Diese offenen Strukturen mit Kanälen bieten die Möglichkeit, Lithium ein- und wieder auszulagern, wie Thomas Fässler, Professor am Lehrstuhl für Anorganische Chemie der TU München, erklärt.

Das Lithium-Borsilicid ist gegenüber Luft und Feuchtigkeit stabil und widersteht auch Temperaturen bis zu 800 Grad Celsius. In einem nächsten Schritt wollen Fässler und sein Doktorand Michael Zeilinger näher untersuchen, wie viele Lithium-Atome das Material aufnehmen kann und ob es sich beim Ladevorgang ausdehnt. So könnte das Material aufgrund seiner Kristallstruktur sehr hart sein.

Da die Struktur des Lithium-Borsilicids völlig neu ist, durften Fässler und Zeilinger ihrem Gerüst einen Namen geben. In Anlehnung an ihre Universität nannten sie es kurz „tum“.

Josephin Lehnert

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