Lithium-Akkus kommen in Rechnern, Mobiltelefonen und anderen Elektrogeräten zum Einsatz. Bei Elektroautos haben sie sich bisher noch nicht recht bewährt, da ihre Elektroden aus Graphit nur sehr begrenzt Lithium-Ionen einlagern können. Einer Forschergruppe am Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) ist nun ein wichtiger Schritt für die Entwicklung einer Alternative mit Silizium-Anoden gelungen, heisst es in einer Medienmitteilung des HZB. Durch Neutronenmessungen konnte die Forscher unter Leitung von Matthias Ballauff zeigen, dass die Lithium-Ionen vor allem in einer nur 20 Nanometer dünnen Grenzschicht aufgenommen werden.
„Mit der Methode der Neutronenreflektometrie konnten wir präzise verfolgen, wo sich Lithium-Ionen in der Silizium-Elektrode einlagern und auch, wie schnell sie sich bewegen“, wird Beatrix-Kamelia Seidlhofer, die die Experimente an der Neutronenquelle im Institut Laue-Langevin in französischen Grenoble durchgeführt hat, in der Mitteilung zitiert. Die Forscherin hat daraus errechnet, dass die theoretisch maximale Kapazität eines über eine hauchdünne Silizium-Schicht verfügenden Lithium-Akkus bei 2300 Milliamperestunden pro Gramm liegt. Das ist sechsmal mehr als bei einer herkömmlichen Lithium-Batterie mit Graphit-Elektrode. Bei der Herstellung von Silizium-Lithium-Batterien könnte somit viel Material und Energie gespart werden. Allerdings verändert das Einwandern der Lithium-Ionen die Kristallstruktur des Siliziums, was zu grossen mechanischen Spannungen im Material führt. hs