Neue Atomanordnung für mehr Akku-Power

Statt die chemische Zusammensetzung einer Kathode zu modifizieren, haben Forscher des Brookhaven National Laboratory und der Stony Brook University die Anordnung der Atome in Lithium-Ionen-Akkus geändert und machen diese so erheblich leistungsfähiger.

Heute besteht Kathodenmaterial meist aus wechselnden Schichten von Lithium-Ionen und Übergangsmetallen wie Nickel. Darin befänden sich einige wenige Defekte. Dort, wo ein Lithium-Ion sein sollte, sitzt ein Nickel-Atom. Umgekehrt passiert das auch. Man kann das als Mangel an Perfektion deuten. Nimmt die Zahl der Fehlstellen zu, reduziert sich die Kapazität einer Batterie, so Forscher Peter Khalifah. Doch eine begrenzte Zahl von Fehlstellen bewirke das Gegenteil. Die Batterie werde besser.

Defekte im Material ermöglichten es Ionen und Elektronen, sich dreidimensional auszubreiten. Zu diesem Schluss kam Khalifah mit seinem Team durch Messungen von Defekten in bisher nie dagewesener Präzision. Die Konzentration von Defekten könne zwischen zwei und fünf Prozent variieren. Bisher lag die Messgenauigkeit bei einem Prozent. Das Team schaffte ein Zehntel Prozent. Das gelang mit einem Röntgengerät, den das Argonne National Laboratory betreibt sowie einer Neutronenquelle des Oak Ridge National Laboratory. Damit ließ sich die Position eines jeden Atoms in einer Probe bestimmen.

Rezept für optimale Fehlstellen

Aufgrund ihrer Erkenntnisse haben die Forscher eine Art Rezept für das Erreichen beliebiger Fehlstellen-Konzentrationen entwickelt. Daran könnten sich in Zukunft Entwickler von Kathoden orientieren, die mit preiswerten und umweltverträglichen Werkstoffen arbeiten. Sie könnten die Zahl der Fehlstellen so tunen, dass die Batterie optimale Leistung bietet. (pte)

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