Zinn ist günstiger als viele andere Metalle – und könnte trotzdem die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien deutlich verbessern. Möglich macht das ein mikroporöser Zinn-Schaum, der mechanischen Stress beim Laden besser abfedert.
Im Rahmen der Energie- und Mobilitätswende steigt die Nachfrage nach zuverlässigen Technologien. Batterien mit speziellen Eigenschaften spielen dabei eine immer größere Rolle. Während für mobile Endgeräte häufig Lithium-Ionen-Batterien ausreichen, ist das schnelle Be- und Entladen in Stromspeichern der Tod für diese Technologie.
Forscher des Helmholtz-Zentrums haben kürzlich jedoch eine weitere vielversprechende Lösung präsentiert. Dabei handelt es sich um eine Elektrode aus Zinn-Schaum.
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Andere metallbasierte Materialien für Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien sorgen beispielsweise dafür, dass sich diese beim Einlagern von Lithium stark ausdehnen. Das kann mittelfristig zu strukturellen Schäden und einer geringeren Kapazität führen. Zinn-Schaum soll dieses Problem lösen können.
Zinn-Schaum-Batterie kann dreimal mehr Energie speichern
Im Vergleich zu Graphit kann Zinn etwa dreimal mehr Energie speichern. Doch das Material hat bisher ebenfalls mit dem Problem zu kämpfen, mittelfristig aufzuquellen, sofern es zu viel Lithium aufnimmt. Daher entwickelten die Forscher einen hochporösen Zinn-Schaum mit kleinen Poren. Diese sind zwar nur wenige Mikrometer groß, trotzdem ermöglichen sie es dem Material, sich wie ein Schwamm leicht auszudehnen.
Im Resultat kann sich der Schaum ausdehnen, ohne zu brechen oder langfristig zu verformen. Unter einem Röntgengerät stellten die Forscher fest, dass der Zinn-Schaum stabiler als Zinnfolien und gleichzeitig eine vielversprechende Alternative im Vergleich zu anderen Materialien ist. Das könnte künftig zu besseren Batterien führen, egal ob für Elektroautos oder Smartphones.
Weitere Optimierungen möglich
Die Forscher betonen, dass die Strukturierung des Zinns entscheidend ist. Daher arbeitet das Team auch weiterhin daran, die optimale Struktur für einen breiteren Einsatz zu definieren. Außerdem ist nicht ganz klar, wie ein Schaum aus Zinn im Vergleich zu anderen Metallen abschneidet und es gegebenenfalls weitere Optimierungspotenziale gibt.
Trotzdem zeigt die Technologie, dass die Batterieforschung weiterhin kurz davor ist, bestehende Technologien und Materialzusammensetzungen zu optimieren. Es dürfte deshalb nicht mehr lange dauern, bis Industrie und Verbraucher Zugang zu noch besseren Lithium-Ionen-Batterien haben.
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