Kieler Forscher wollen hochleistungsfähigen Siliziumakku zur Marktreife bringen

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CAU-Forscher entwickeln Siliziumakku
Quelle: Julia Siekmann, Uni Kiel

Forscher der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) wollen gemeinsam mit dem baden-württembergischen Anlagenhersteller Rena Technologies GmbH einen hochleistungsfähigen Siliziumakku zur Marktreife bringen. Dazu startete in der vergangenen Woche das Forschungsprojekt „PorSSi“, das vom Bundesforschungsministerium mit einer Mio. € gefördert wird. Nach eigenen Angaben erhält die CAU rund die Hälfte der Forschungsgelder.

Kieler Materialwissenschaftler verbinden in dem Projekt ihre Forschungserkenntnisse zu porösen Siliziumanoden mit Erfahrungen aus der Solartechnik. So soll in den nächsten drei Jahren nicht nur ein hochleistungsfähiger Siliziumakku entstehen, sondern in Zusammenarbeit mit dem Anlagenhersteller für die Halbleiter- und Solarbranche auch ein Konzept, um sie in großem Maßstab industriell herzustellen. „So bekommen wir Erkenntnisse aus der universitären Grundlagenforschung schnellstmöglich in die industrielle Anwendung – das ist wirklicher Innovationstransfer“, sagte Professor Rainer Adelung, der die Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien an der CAU leitet.

Die ganze regenerative Energie wartet auf die bessere Batterie“, sagte Jürgen Carstensen vom Institut für Materialwissenschaft. Mit ihrem Projekt wolle die Kieler Forschungsgruppe Abhilfe schaffen. „Theoretisch ist Silizium das beste Material für Anoden in Batterien, allerdings bringt es zahlreiche Probleme mit sich“, sagte Uni-Projektleiterin Sandra Hansen. „Aber durch unsere bisherigen Forschungen haben wir gelernt, mit diesen Störfaktoren umzugehen.“

Silizium speichert bis zu zehn Mal als Graphit-Anoden in herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus

Speziell für die Elektromobilität zählt Silizium schon lange zu den Hoffnungsträgern. Nach Angaben der CAU kann es bis zu zehn Mal mehr Energie speichern als die Graphit-Anoden in herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus. Doch die Lebensdauer von Siliziumanoden war bisher zu gering: Beim Laden des Akkus dehnt sich das Silizium extrem stark um 400 Prozent aus und kann dadurch leicht brechen. Um in Elektrofahrzeugen eingesetzt zu werden, sei der Halbleiter folglich mechanisch nicht stabil genug.

Am Kieler Institut für Materialwissenschaft der Technischen Fakultät wird schon lange zu Silizium geforscht. Seit Anfang der 1990er Jahre unter Gründungsdekan Professor Helmut Föll arbeiten Forschungsgruppen an Siliziumanoden und stellen poröses Silizium und Siliziummikrodrähte her. Die Erkenntnisse daraus fließen in das neue Forschungsprojekt PorSSi ein. Am Ende sollen die Akkus der Kieler Forschenden 100 Prozent Silizium enthalten und das Energiepotenzial von Akkus damit maximal ausschöpfen. Herkömmliche Akkus bestehen bisher gerade einmal aus etwa fünf Prozent Silizium.

Kathode soll aus Schwefel bestehen

Die Kathode in dem neuartigen Akku, den Gegenpart zur Anode, will das Team aus Schwefel herstellen. „Eine Schwefelkathode bietet die maximal mögliche Speicherkapazität. Wir kombinieren in diesem Projekt also zwei Materialien, die eine wirklich hohe Leistungsfähigkeit der Batterie versprechen“, sagte Hansen. Außerdem hat die Materialwissenschaftlerin eine Methode aus der Solarbranche weiterentwickelt, um die Qualität und Funktionsfähigkeit der Siliziumschichten in dem Akku zu verbessern.

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