Materialforschung Seetang-Substanz soll Akkus verbessern

Braunalgen liefern einen Rohstoff, den schon heute Lebensmittel- und Kosmetikindustrie nutzen. Nun haben Forscher das sogenannte Alginat auch als Komponente für Akkus entdeckt. Es soll Energiespeicher mit achtmal höherer Kapazität ermöglichen.

Zu den Braunalgen zählender Golftang: Alginat wird bereits von der Industrie genutzt
NOAA

Zu den Braunalgen zählender Golftang: Alginat wird bereits von der Industrie genutzt


Hamburg - Akkus könnten künftig eine Substanz aus gewöhnlichem Seetang enthalten. US-Forscher haben Elektroden gebaut, die mit sogenanntem Alginat als Klebstoff zusammengehalten werden. Dieses langkettige Molekül gewinnt man aus Braunalgen wie dem Riesenseetang Macrocystis pyrifera. In der Lebensmittel-, Pharma-, und Kosmetikindustrie kommt es bereits als Verdickungsmittel zum Einsatz,; es bei der Herstellung von Akkus zu nutzen, wäre jedoch neu.

Wie die Forscher im Wissenschaftsmagazin "Science" berichten, haben die experimentellen Lithium-Ionen-Akkus dank neuartiger Elektroden sogar eine achtfach höhere Kapazität als solche mit heute üblichen Elektroden. Igor Kovalenko vom Georgia Institute of Technology, Atlanta, und seine Kollegen tauschten nicht nur das heute genutzte Bindemittel - den Kunststoff PVDF - gegen Alginat aus; sie veränderten die Elektroden auch grundlegend.

Die negativen Elektroden marktüblicher Lithium-Ionen-Akkus bestehen größtenteils aus Graphit, einer Form des Kohlenstoffs. In ihm sind die Lithium-Atome eingelagert. Beim Entladevorgang des Akkus geben sie ihre Elektronen ab und wandern anschließend als positive Teilchen durch eine gelartige Substanz zur positiven Elektrode.

Statt Graphit verwendeten die Forscher des Georgia Institutes of Technology und der Clemson University das Halbmetall Silizium: Feingepulvertes Silizium vermischten sie mit dem Klebstoff Alginat und formten daraus die Elektrode. Mit Erfolg: In Lade- und Entladeversuchen zeigten sich die Elektroden stabil über 1300 Zyklen hinweg.

Silizium gelte unter Experten schon länger als eine gute Alternative zu Graphit, schreiben die Forscher. Jedoch gab es bisher ein Problem: Silizium-Elektroden schwellen während des Akkubetriebs stark an - die Volumenänderungen beeinträchtigen die Lebensdauer. Dagegen helfe Alginat. Es bilde viele Bindungen mit dem Silizium aus, werde hart und steif und verhindere so das Anschwellen. Die Poren innerhalb der Elektrode, die sich bei der Herstellung bilden, seien von ihrer Größe und Zahl zudem genau richtig, damit die Lithium-Teilchen gut durch die Elektrode wandern könnten. Das sei für die Funktionalität des Akkus entscheidend.

"Die Eigenschaften des Alginat könnten auch Vorteile bei anderen Elektroden bringen, etwa bei traditionellen Graphitelektroden", heißt es zudem in "Science". Man könnte den heute verwendeten Kunststoff PVDF möglicherweise durch das umweltfreundlichere Alginat ersetzen.

Die beiden beteiligten Universitäten, der Autobauer Honda sowie die US-Weltraumbehörde Nasa haben das Forschungsprojekt gefördert. Ein Patentantrag für die Technik wurde gestellt.

wbr/dpa



© SPIEGEL ONLINE 2011
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung


TOP
Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.