Startseite Entertainment Doppelt hält besser – MIT-Startup revolutioniert den Akku

Doppelt hält besser – MIT-Startup revolutioniert den Akku

Akkubeitrag
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Nicht mehr lange, und die dauernde Suche nach der nächsten Steckdose gehört der Vergangenheit an – wenn alles gutgeht und sich das US-Unternehmen SolidEnergy Systems mit seiner jüngsten Erfindung am Markt durchsetzen kann: Dem Lithium-Metall-Akku. Nicht weniger als die doppelte Akkukapazität verspricht die neue Technologie des US-Startups von der Ostküste.

Die Geschichte unserer kleinen Akkurevolution beginnt am MIT. Das Unternehmen, um das es heute geht, ist eine Ausgründung von Qichao Hu, vormals Student und später PostDoc am MIT. Wie so oft im Umfeld universitärer Forschung beginnt die Geschichte von SolidEnergy Systems mit Hus eigener Forschungsarbeit. Während seiner Mitarbeit am Lehrstuhl seines Doktorvaters erkannte er eine Möglichkeit, eines der größten Probleme der Akkumulatorentechnik zu lösen: Die Erhöhung der Energiedichte. Und die Lösung? Der Lithium-Metall-Akku.

Was macht den Lithium-Metall-Akku so besonders?

Seit Jahrzehnten suchen Forscher nach einem Weg, die Energiedichte wiederaufladbarer Batterien zu erhöhen. Als im Wortsinn „heißer“ Kandidat erwiesen sich Lithium-Verbindungen, wie sie bereits in heutigen Akkus zum Einsatz kommen. Während in klassischen Akkus allerdings die Lithiumverbindung an der positiven Elektrode verbaut wird, kommt am negativen Gegenspieler aktuell Graphit zum Einsatz. Der Nachteil: Graphit ist vergleichsweise schwer und darüber hinaus raumgreifend. Eine reiner Lithium-Metall-Akku hätte also gleich mehrere Vorteile: Lithium ist platzsparend und bindet gleichzeitig deutlich mehr Ionen, liefert also auch mehr Energie.

Quichao Hu

Das Problem dabei: Lithium reagiert ausgesprochen träge im klassischen Elektrolyt. Außerdem können sich während der elektrochemischen Reaktionen beim Laden und Entladen flockenartige Ablagerungen an den Polen bilden, sogenannte Dendriten, die den Batteriewiderstand erhöhen. Durchdringen diese Flocken den Separator innerhalb eines Akkus, führt das zu Kurzschlüssen – sprich, der Akku ist hinüber, und das Aufladen kann man auch vergessen. Will man das Problem vermeiden, indem man den Elektrolyten durch eine Polymerlösung ersetzt, gibt es ein neues Problem: Die Batterieleistung sinkt dramatisch, es sei denn man erhöht die Umgebungstemperatur deutlich.

Dendriten

Eine raffinierte Lösung

Qichao Hu fand eine Lösung, die ebenso naheliegend wie raffiniert war – er entwickelte eine hauchdünne Lithium-Metallfolie, mit gerade mal einem Fünftel der Wandstärke einer herkömmlichen Lithium-Elektrode. Verglichen mit den Graphitanoden klassischer Smartphones, die sie ersetzen soll, ist sie sogar um ein Vielfaches dünner. Schon durch diesen Schritt allein lässt sich die Größe eines Lithium-Akkus um die Hälfte reduzieren. Allerdings ergab sich dadurch das bekannte Problem: Um für einen kontinuierlichen Ionenfluss zu sorgen, benötigte die Batterie eine Arbeitstemperatur von rund 80 Grad Celsius, und war damit viel zu heiß, um jemals Alltagstauglichkeit zu erreichen.

Die Lösung ist ein hybrider Ansatz mit sowohl flüssigen als auch festen Komponenten. Während die Lithium-Metallfolie mit einem festen Elektrolyt überzogen ist, das auch bei Raumtemperatur problemlos funktioniert, sorgt zwischen den beiden Elektroden ein reaktionsträger Flüssigelektrolyt für steten Elektronenfluss. „Die Kombination aus solider Versiegelung und den neuen hocheffizienten Flüssigmaterialien gab auf der technologischen Seite den Ausschlag für die Gründung von SolidEnergy“, so Hu. Das Ergebnis ist eine Technologie, die doppelt soviel Energie liefert – auf gleichem Raum. Umgekehrt lässt sich die gleiche Menge Energie eines bisherigen Akkus auf halbem Raum speichern. Die Einsatzmöglichkeiten sind damit allumfassend: Schmalere Akkus oder doppelte Leistung, vollständig umgekrempelte Smartphone-Designs oder bis zu vier Tage Laufzeit. Und was doppelte Akkuleistung für die Zukunft des Elektroautos bedeutet, kann sich jeder ausmalen.

SolidEnergy Graph

Fit für die Zukunft

Und es sieht gut aus mit dem Energieschub für alle: Denn auch unternehmerisch gelang SolidEnergy Systems ein glücklicher Start. In Fachkreisen hochgelobt und mit Forscherpreisen überhäuft, waren Hu und sein Team 2012 auf der Suche nach einer passenden Fertigungsanlage. Zur gleichen Zeit ging ein nahegelegenes Unternehmen aus der Akku-Branche insolvent und hinterließ bezugsfertige Produktsanlagen.

iPhone am PC

Allerdings waren für die neue Technologie massive Modifikationen an den bestehenden Anlagen nötig, um sie für die neuen Lithium-Metall-Akkus fit zu machen. Was zunächst nach einem Hindernis aussah, sollte sich als Glücksfall erweisen. Denn so war man bei SolidEnergy Systems von Anfang an gezwungen, sich auch mit der Produktion auseinanderzusetzen. Heute steht das Unternehmen sowohl finanziell als auch fertigungstechnisch auf festen Beinen und bezieht in den kommenden Wochen eine neue Anlage mit zehnfach größerer Kapazität.

Der Start ins Ausdauerzeitalter, er kann also kommen.

Aktuelle Ausdauerwunder bekommt Ihr natürlich bis auf Weiteres schon bei uns 😉

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