Sie erreichen eine dreifache Leistung gegenüber gewöhnlichen Akkus
Die Herstellungskosten sind niedriger und sie sind umweltfreundlicher
Einmal mehr hat die Natur als Inspiration für eine Forschung gedient und einmal mehr geschah dies in einem Moment, in dem der Forscher entspannt war.
Bild: Pixabay.
Vor wenigen Monaten genoss Zachary Favors, von der Universität California Riverside, seine Freizeit am Strand; er tat dort etwas, was viele von uns in dieser Umgebung tun: Er nahm Sand in die Hand. Aber statt ihn durch seine Finger rieseln zu lassen, dachte er an die Zusammensetzung dieses Materials, das überwiegend aus Quarz, d.h. Siliziumdioxid, besteht. An der Fakultät für Ingenieurwesen in Riverside hat er zusammen mit seinem Mitarbeitern einen Lithiumionenakkumulator mit einer dreifachen Lebensdauer im Vergleich zu den heutigen Standardelementen der Industrie auf der Grundlage von Strandsand geschaffen. Der Akku besitzt neben einer höheren Leistung niedrigere Herstellungskosten, ist ungiftig und umweltschonend.
Die Probleme, an denen die Forscher arbeiten
Bildautor: Krzysztof Woźnica via Wikimedia Commons
Das aus Mihrimah Ozkan, Cengiz Ozkan und Zachary Favors bestehende Forscherteam arbeitet an der Verbesserung von Lithiumionenakkus, wobei es sich in erster Linie auf die Anode bzw. negative Seite der Akkus konzentriert. Das heute am meisten verwendete Material für die Anode ist Grafit. Aber elektronische Geräte eine immer höhere Leistung haben, wird dieses Material immer uneffektiver. Auf der anderen Seite sucht die Industrie einen Ersatz im nanometrischen Silizium, das allerdings auch Probleme bereitet: Es degradiert schnell und die Herstellung von großen Mengen stellt sich als kompliziert dar. Das Team um Favors hat beide Probleme gelöst und die Forschungsarbeit wurde bereits in Scientific Reports der Gruppe Nature veröffentlicht.
Schema, das zeigt, wie sich Sand in reines Nanosilizium verwandelt. Grafik aus der Webseite von UCR Today
Die Lösung der Probleme
Von links nach rechts: Mihrimah Ozkan, Cengiz Ozkan und Zachary Favors in ihrem Labor.
Nach seiner Entdeckung am Strand ging Favors ins Labor der UC Riverside zurück. Dort mahlte er den Sand bis auf Nanogröße und purifizierte ihn. Er löste zwei weitere Elemente, die im Meer vorkommen – Salz und Magnesium – im purifizierten Quarz auf und erwärmte die Mischung. Er erhielt reines Silizium. Aber das war noch nicht alles. Die Forscher bemerkten, dass das reine Silizium in Nanogröße eine poröse Struktur hat, durch die die Akkumulatoren eine höhere Leistung erreichen, bis zu dreimal höher als gewöhnlich. Diese Entdeckung ist ein großer Vorteil für die Verbraucher, da die Lebensdauer der Akkus, die wir zum Aufladen unserer Mobiltelefone benutzen, bedeutend steigt und die Häufigkeit des Aufladens verringert wird.
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