Technik: Forscher entwickeln extrem schnell ladende Akkus

Herkömmliche Akkus speichern in der Regel entweder eine größere Menge Energie - oder sie können sich schnell auf- und entladen. US-Forscher haben jetzt beide Eigenschaften in einem Akku kombiniert. Das Modell verbinde die Kraft eines Kondensators mit der Energie einer Batterie, meint Paul Braun von der University of Illinois in Urbana-Champaign, dessen Team im Fachmagazin "Nature Nanotechnology" über den Akku berichtet.

Solche Akkus sind nicht nur für Handys oder Notebooks interessant, sie könnten zum Beispiel auch in der Medizintechnik eingesetzt werden oder vom Militär verwendet werden, berichten die Forscher. Braun hält sie vor allem für Elektrofahrzeuge für interessant. Die Lebensdauer der Batterie und die langen Ladezeiten seien bisher große Hindernisse bei diesem Autotyp. "Könnte man den Akku innerhalb von fünf Minuten aufladen, würde einem das nicht anders vorkommen als mit einem Verbrennungsmotor." Der Fahrer halte einfach wie an einer Tankstelle und würde kurz sein Auto aufladen.

Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen-Akkus büßen deutlich an Effizienz ein, wenn sie schnell ge- oder entladen werden. Das lässt sich zwar verhindern, wenn das aktive Material nur in einer hauchdünnen Schicht vorliegt. Doch dadurch sinkt gleichzeitig die Kapazität drastisch, weil einfach nicht genug Substanz vorhanden ist, um die Energie zu speichern.

Porös wie ein Schwamm

Das Team von Paul Braun hat dieses Problem gelöst - nicht mit neuen Materialien, sondern mit einer geschickten Anordnung im Kathodenbereich des Akkus. Als erstes füllten sie diesen mit winzigen Styroporkügelchen, so dass ein dicht gepacktes Gitter entstand. Die Wissenschaftler betonten, dass die Herstellung solcher Gitter oft zeitaufwendig und teuer sei. Beim neuen Herstellungsprozess fügten sich die Kügelchen jedoch automatisch an den passenden Platz.

Anschließend füllten sie das Gitter per Elektrolyse mit Nickel auf. Die Kügelchen schmolzen oder lösten sich auf, so dass ein poröses, schwammartiges Nickelgerüst entstand. In einem weiteren Schritt wurden durch sogenanntes Elektropolieren die Hohlräume vergrößert, so dass ein Gitternetz übrigblieb. Dieses wurde dann mit dem elektrolytisch aktiven Material überzogen.

Die so erstellten Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen-Akkus können zehn- bis hundertmal schneller geladen werden als herkömmliche Modelle und trotzdem in gewöhnlichen Geräten eingesetzt werden. Auf diese Weise könnte man den Handyakku binnen Sekunden wieder voll aufladen, den eines Laptops innerhalb von Minuten. Hochenergetische Laser oder Defibrillatoren müssten sich vor oder zwischen ihren Energieentladungen nicht erst aufladen.

Jedes in Akkus eingesetzte Material, das auf einen Metallrahmen aufgetragen werden kann, könne in dieser Form verarbeitet werden, meinen die Materialforscher. Ihren Angaben zufolge könnte die Herstellungstechnik auch in industriellem Maßstab genutzt werden. Gefördert wurde die Arbeit vom US-Energieministerium und von der Forschungsabteilung der US-Streitkräfte.