Forschung : Neuer Aluminium-Ionen-Akku lädt in einer Minute

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Forschung: Neuer Aluminium-Ionen-Akku lädt in einer Minute
Bild: Kārlis Dambrāns (CC BY 2.0)

Forscher der Stanford-Universität haben einen neuen Akku auf Aluminium-Basis geschaffen, der sich durch eine extrem kurze Ladezeit auszeichnet. Doch nicht nur diese soll als Eigenschaft hervorstechen, sondern auch die Haltbarkeit sowie die geringen Herstellungskosten. Eine Schwäche ist aktuell noch die Spannung.

Bereits seit geraumer Zeit versuchen Wissenschaftler Aluminium effektiv als Material in der Akku-Technik zu verwenden, jedoch scheiterte es bisher an einem geeigneten Kathodenmaterial, um dauerhaft genügend Spannung bereitstellen zu können. Eher zufällig seien die Stanford-Forscher auf Graphit als passenden Stoff gestoßen. Der experimentelle Aluminium-Ionen-Akku besteht aus einer positiv geladenen Anode aus Aluminium und einer negativ geladenen Kathode aus dreidimensionalem Graphit-Schaum sowie einer bei Zimmertemperatur flüssigen Mischung aus Aluminiumchlorid und 1-Ethyl-3-Methylimidazoliumchlorid als Elektrolyt. Umhüllt wird der Energiespeicher von einem Polymer-Beutel, was den Akku flexibel macht.

Aluminium-Ionen-Batterie der Stanford University

Der Akku soll den von Smartphones bekannten, stundenlangen Ladevorgang auf bis zu eine Minute verkürzen lassen und überstehe laut ersten Tests über 7.500 Ladezyklen ohne Leistungsverlust, wohingegen typische Lithium-Ionen-Akkus etwa 1.000 Aufladungen erreichen.

Der von den Forschern geschaffene Prototyp liefert mit rund 2 Volt aktuell lediglich etwa die Hälfte der Spannung eines gängigen Lithium-Ionen-Akkus für Smartphones, das Team zeigt sich allerdings zuversichtlich, dass mit Verbesserungen des Kathodenmaterials künftig Spannung und Energiedichte gesteigert werden könne. Derzeit liegt die Energiedichte mit rund 40 Wh/kg in etwa auf dem Niveau von Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) und mit einer Leistungsdichte von 3.000 W/kg im Bereich von Superkondensatoren.

Abseits der Leistungsfähigkeit ist die Technik auch als ökologischere Alternative für Alkaline-Batterien im gebräuchlichen AA- oder AAA-Format mit 1,5 Volt denkbar. Ein weiterer Anwendungsbereich ist laut den Forschern die Nutzung als Zwischenspeicher im großen Stil in intelligenten Stromnetzen, wofür die hohen Ladezyklen sprächen.

Zwar ist der neue Akku bisher keine marktreife Alternative zu den Lithium-Ionen-Akkus, lockt aber bereits schon jetzt mit weiteren Vorteilen: So lässt sich der neue Energiespeicher beispielsweise durchbohren und funktioniert danach noch einige Zeit weiter, während ein Akku auf Lithium-Ionen-Basis bereits in Flammen aufgehen würde. Außerdem ist Aluminium in der Anschaffung günstiger als Lithium, was die Herstellungskosten niedriger halten soll.

Der Ansatz der Forscher der Stanford University ist nicht der einzige in dieser Richtung. Bereits im letzten Oktober zeigte die Nanyang Technology University in Singapur einen neuen Akkutyp, der eine Batteriekapazität von 70 Prozent nach einer Ladezeit von nur zwei Minuten erreichen konnte.