Batterien gelten als Herzstück der Energiewende. Oft lässt jedoch die Ladegeschwindigkeit zu wünschen übrig. Forscher aus Berlin haben jetzt einen neuen Weg gefunden, Akkus ultraschnell aufzuladen.
Für viele klassische Batteriematerialien galt bisher: Je perfekter die Kristallstruktur, desto besser die Ionenleitung. Dieses Prinzip haben Forscher der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) nun infrage gestellt und fanden einen überraschenden Weg, die Leistung moderner Batterien deutlich zu steigern.
Die Ergebnisse zweier Studien zeigen: Gezielte Unordnung verbessert die Ionenleitfähigkeit und erhöht die Zyklenstabilität. So lassen sich neue Speichermechanismen von Batterien erschließen.
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Bewusstes Chaos lässt Batterien schneller laden
Das Problem bisheriger Anodenmaterialien liegt in ihrer strukturellen Starrheit. Sie behindert die Beweglichkeit der Ionen und führt insbesondere bei schnellem Laden zu Leistungsverlusten.
Das Berliner Forschungsteam entwickelte deshalb zwei neue Anodenarten, die sie absichtlich imperfekt bauten. Durch strukturelle Unordnung in Niob-Wolfram-Oxiden sowie eine kontrollierte Amorphisierung – den Übergang des Materials in einen ungeordneten Zustand – in Eisenniobat gelang es den Forschenden, neue Materialien für leistungsfähigere und langlebigere Batterien zu entwickeln.
Das gilt besonders für Lithium-Ionen-Batterien: Selbst nach 1.000 Ladezyklen bleibt ein großer Teil der ursprünglichen Leistung erhalten. Auch für Natrium-Ionen-Batterien wurde ein Material so verändert, dass es beim ersten Laden zwar „chaotisch“ wird. Trotzdem bewahrt es stabile Grundstrukturen und sorgt so für eine fast konstante Leistung über 2.600 Ladezyklen.
Chaos-Prinzip als Lösung für globale Energieprobleme?
Durch das gezielte Chaos können sich die Ionen viel flexibler und schneller bewegen. Akkus lassen sich dadurch ultraschnell laden und bleiben auch nach vielen Ladezyklen zuverlässig. Die Kombination aus ungeordneten Lithium-Anoden und amorphen Natrium-Anoden eröffnet damit neue Perspektiven in verschiedenen Bereichen.
Die Erkenntnisse könnten den Ausbau der Elektromobilität beschleunigen, Smartphones robuster machen und Stromspeicher für erneuerbare Energien effektiver und langlebiger werden lassen. Auch globale Energieprobleme bekommen einen neuen Lösungsansatz.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass gezielt eingesetzte Unvollkommenheit ein mächtiges Werkzeug im Materialdesign sein kann“, sagt Nicola Pinna, Professorin am Institut für Chemie an der HU. Mit den Ergebnissen können Batterien entwickelt werden, die schneller laden, sicherer sind und die Umwelt weniger belasten.
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