Neuer Nano-Akku überrascht Forscher

13. Dezember 2010, 9:11 Uhr | Archiv

US-Forscher haben in einem Elektronenmikroskop den kleinsten Akku der Welt realisiert. Seine Anode besteht aus nur einem einzelnen Zinnoxid-Nanodraht von 100 Nanometern Durchmesser. Und es gab bereits eine wichtige Überraschung.

Nanodraht, der sich beim Laden verlängert und kräuselt (Quelle: sandia.gov)

Statt wie erwartet einfach dicker, wurde der Nanodraht beim Aufladen auch doppelt so lang. Dies berichtet das Team um Jian Yu Huang von den Sandia National Laboratories im Magazin Science. Die winzige Batterie soll wertvolle Erkenntnisse für das Design zukünftiger Lithium-Ionen-Batterien liefern. Die Verwendung von Nanodrähten als Elektrodenmaterial gilt als vielversprechender Ansatz, um die Energie- und Leistungsdichte von Lithium-Ionen-Akkus zu steigern und somit kompaktere und leichtere Ausführungen zu ermöglichen. Daher ist es eine wichtige Erkenntnis, dass eine Nanodraht-Anode beim Aufladen offenbar nicht nur im Durchmesser wächst, sondern auch deutlich länger wird. Denn das birgt ein potenzielles Kurzschlussrisiko und Hersteller sollten die Verlängerung bei ihren Akkuentwicklungen berücksichtigen.

Die Beobachtung am Zinnoxid-Nanodraht ist somit ein exzellentes Beispiel dafür, warum das Team im Transmissionselektronenmikroskop am Center for Integrated Nanotechnologies den winzigen Akku gebaut haben. Für eine praktische Anwendung dürfte die geschätzte Stromstärke von nur einem Picoampere – also einem Billionstel Ampere – nicht ausreichen. Vielmehr geht es darum, die physikalischen Mechanismen beim Laden und Entladen neuartiger Batterien auf atomarer Ebene zu verstehen. Die Arbeit mit dem Akku im Elektronenmikroskop ermöglicht es nämlich, die Anode stets in Echtzeit zu beobachten. „Das ist der genauste Einblick in die Vorgänge beim Laden einer Batterie, den Forscher bislang bekommen haben“, sagt Huang. So hat ihr Team beispielsweise beobachtet, dass sich die Lithiumionen beim Ladevorgang am Nanodraht entlang bewegen und eine „Medusa-Zone“ entsteht. Dort reagieren Anodenmaterial und Lithium so heftig, dass sich der Draht biegt und sogar kräuselt.

Solche Detailbeobachtungen zum Material- und Strukturverhalten können der Teamleiterin zufolge viele wichtige Erkenntnisse liefern, wie Akkus gestaltet werden müssen, um einem Versagen vorzubeugen. Im Rahmen bisheriger Forschungsbemühungen, die ganze Nanodrahtbündel als Elektroden nutzen, wären sie laut Huang aber nicht möglich, da man auch nicht einen Wald beobachten würde, um das Verhalten eines einzelnen Baumes verstehen zu können.

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Über den Autor

Bernd Zipper
Gründer und CEO von zipcon consulting GmbH, einem der führenden Beratungsunternehmen für die Druck- und Medienindustrie in Mitteleuropa. In den unterschiedlichsten Kundenprojekten begleiten der Technologie- und Strategieberater und sein Team aktiv die praktische Umsetzung. Er entwickelt Visionen, Konzepte und Strategien für die im Printerstellungsprozess beteiligten Akteure der unterschiedlichsten Branchen. Bernd Zipper ist Initiator der E-Business Print Online Studie (EPOS) und neben seiner Beratertätigkeit auch Autor, Dozent sowie gefragter Referent, Redner und Moderator. Seine visionären Vorträge gelten weltweit als richtungsweisende Managementempfehlungen. (Profile auch bei Xing, LinkedIn und GooglePlus).

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