Forscher des koreanischen Institute of Science and Technology haben ein neues Material entwickelt, das die Reichweite von Elektroautos mehr als verdoppeln könnte. Die Mischung aus Karbon und Silizium soll zudem den Ladevorgang um mindestens 80 Prozent verschnellern. Und das wird ermöglicht durch einen Prozess, der dem Frittieren ähnlich ist.
Aktuelle Elektroautos haben normalerweise Batterien mit Anoden aus Graphit. Anoden aus Silizium haben hingegen laut den Forschern eine zehnmal so große Kapazität. Allerdings können sie diese Kapazität auf Dauer nicht halten. Eine Reihe von Verfahren wurde vorgeschlagen, um die Stabilität von Silizium als Anodenmaterial zu verbessern, aber die Kosten und die Komplexität dieser Verfahren haben verhindert, dass Silizium Graphit ersetzt.
Das Problem soll das Team in Korea nun gelöst haben. Die Silizium-Anoden werden stabilisiert durch einen simplen Prozess, der dem Frittieren von Lebensmitteln ähnlich ist, da Wasser, Öl und Stärke involviert sind. Sie lösten Stärke und Silizium in Wasser bzw. Öl und mischten und erhitzten die Mischung dann, um Kohlenstoff-Silizium-Verbundstoffe herzustellen. Durch ein einfaches Erhitzen wurde der Kohlenstoff und das Silizium fest fixiert, wodurch verhindert wurde, dass sich die Siliziumanoden während Lade- und Entladezyklen ausdehnen.
Die vom Forscherteam entwickelten Verbundwerkstoffe zeigten eine viermal höhere Kapazität als Anoden auf Graphitbasis (360 mAh/g – 1.530 mAh/g) und eine stabile Kapazitätsbeibehaltung über 500 Zyklen. Es wurde auch festgestellt, dass die Materialien es den Batterien ermöglichen, sich in nur fünf Minuten auf eine Kapazität von mehr als 80% aufzuladen. Kohlenstoffkugeln verhindern die übliche Volumenexpansion von Silizium und verbessern dadurch die Stabilität von Siliziummaterialien. Auch die Verwendung von hochleitendem Kohlenstoff und die Umlagerung der Siliziumstruktur führten zu einer hohen Leistung.
Mehr Information: Hyun Jung Kwon et al: Nano/Microstructured Silicon–Carbon Hybrid Composite Particles Fabricated with Corn Starch Biowaste as Anode Materials for Li-Ion Batteries, Nano Letters (2019). DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04395
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