Akkus aus schwarzem Phosphor sollen Elektromobilität revolutionieren
Elektroden mit schwarzem Phosphor bringen Auto-Akkus auf eine neue Stufe, behaupten Forscher. In drei Kategorien überhole diese Lösung herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus.
Die verantwortlichen Ingenieure sprechen bereits vom „Heiligen Gral“ der Batterietechnik: Ein neues Elektroden-Material zeigt eine bessere Speicherdichte als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus, eine radikal verkürzte Ladezeit und lange Lebensdauer. Die Lösung liegt in einer Kombination von schwarzem Phosphor mit Graphit. Elektroautos mit einer Reichweite von 500 km könne man damit innerhalb von zehn Minuten laden, sagen die Forscher der University of Science and Technology ofChina (USTC).
Die guten Eigenschaften schwarzen Phosphors sind schon länger bekannt. Er besteht wie Graphit aus vielen Schichten, allerdings besitzt er mehr Elektronen und kann so mit mehr Lithiumatomen reagieren. Die Schichten sind zudem nicht flach, sondern in Winkeln angelegt, sodass die Lithiumionen besser in die Struktur und wieder heraus gelangen können. Jedoch gab es bisher immer Probleme: Das Material reagierte am Rand chemisch mit den Lithiumteilchen und versiegelte dort einige der Kanäle.
Jetzt wollen die Wissenschaftler einen Weg gefunden haben, um das zu verhindern: Sie zermahlen quasi beide Materialien und mischen sie, sodass die Atome am Rand, statt mit dem Phosphor zu verkleben, mit dem Kohlenstoff reagieren. Graphit sei nicht so effektiv im Speichern, weshalb man nur 15 Prozent beimische. In Experimenten wiesen die Forscher nach, dass der Kohlenstoff eine Schlüsselrolle bei der optimalen Strukturierung des schwarzen Phosphors spielt.
Professor Sen Xin vom Institut für Chemie der chinesischen Akademie der Wissenschaften bestätigte die guten Ladezeiten: „Das Material stellte 80 Prozent seiner vollen Kapazität in weniger als zehn Minuten wieder her.“ Wenn es mit einer ähnlichen Rate wie Lithium-Ionen-Akkus geladen wurde, habe es zudem eine dreimal höhere Speicherdichte gezeigt. Die guten Werte soll die Technologie selbst nach 2.000 Lade-/Entladezyklen aufweisen, sodass die Forscher ihr zusätzlich eine hohe Langlebigkeit attestieren.
