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Von Null auf Voll in zwei Minuten

US-Forscher entwickeln Konzept zur Blitzladung von Batterien

Von Frank Grotelüschen

Stromspeicher, hier normale Batterien, sind der Schwachpunkt einer strombasierten Ökonomie.
Stromspeicher, hier normale Batterien, sind der Schwachpunkt einer strombasierten Ökonomie. (Stock.XCHNG - Wanderlei Talib)

Speichertechnik. - Die derzeitige Achillesferse der Stromwirtschaft sind die Speichermedien. Ein Laptop-Akku braucht mindestens eine Stunde für die Ladung, Zeit, die Fahrer von Elektroautos zum Beispiel nicht haben. In der Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology" präsentieren US-Forscher den Prototypen einer Batterie, deren Innenleben aus Schaum besteht und die sich extrem schnell laden lässt.

Der Handy-Akku ist leer. Jetzt muss das Ding erst mal an die Steckdose, und zwar für eine ganze Weile. Der Grund:

"Was die Ladegeschwindigkeit begrenzt, ist folgendes: Derzeit können die elektrischen Ladungsträger in einer Batterie nur relativ langsam von einer Elektrode zu anderen wandern. Bei einem Lithium-Ionen-Akku etwa sind es die Elektronen und die Lithium-Ionen, die sich einfach nicht schnell genug in der Batterie bewegen können","

sagt Paul Braun, Materialforscher an der University of Illinois in Urbana-Champaign. Die heutigen Akkus besitzen relativ dicke Elektroden. Und es braucht einfach seine Zeit, bis die Ladungsträger in sie hineingewandert sind. Besser, weil schneller zu beladen, wären hauchdünne Elektroden. Aber sie können – eben weil sie so dünn sind – nur wenig Strom speichern. Doch Braun und seine Leute fanden nun einen Trick: Schafft man genügend Oberfläche für eine hauchdünne Elektrode, so kann auch sie genug Strom speichern. Möglich macht dies eine spezielle Nanostruktur mit einer riesigen inneren Oberfläche. Braun:

""Sie sieht aus wie ein Schaum aus Metall. Stellen Sie sich einfach einen Schwamm vor, der aus Metall besteht, wobei die Poren dieses Schwammes hundertmal feiner sind als die Breite eines menschlichen Haares. Diesen Nanoschaum aus Metall haben wir mit einer dünnen Lage Elektrodenmaterial beschichtet. In dieser Schicht wird die Ladung dann gespeichert."

Ähnlich wie ein Schwamm in Nullkommanichts Wasser aufsaugt, kann der Nanoschwamm aus Metall Lithiumionen aufnehmen – und zwar in beeindruckender Geschwindigkeit. Braun:

"In unserem Labor konnten wir einen Prototypen von der Größe einer Taschenrechnerbatterie in nur zehn Sekunden aufladen. Und wir glauben, dass man einen Handy-Akku innerhalb von 30 Sekunden laden könnte, einen Laptop in zwei Minuten und die Batterie eines Elektroautos in vielleicht fünf Minuten."

Fünf Minuten – das wäre auch nicht viel länger als heute das Volltanken an der Zapfsäule. Interessant erscheint auch der Einsatz im Stromnetz, etwa als Pufferbatterie für Windräder oder als Zwischenspeicher für Solarzellen. Dieser könnte den Strom konstant halten, auch wenn gerade eine Wolke vorbeizieht und die Leistung der Solarzelle vorübergehend mindert. Doch bevor es soweit ist, steht für Paul Braun und seine Leute noch einiges an Laborarbeit an – insbesondere, um eine Serienfertigung aufzubauen.

"Unser Herstellungsprozess ist komplizierter als die gängigen Verfahren, und wir suchen noch nach der günstigsten Methode, wie man unsere Batterie fertigen kann. Wir haben da schon ein paar Ideen, aber noch ist das eine Herausforderung. Läuft alles nach Plan, könnten die ersten Produkte in drei Jahren auf den Markt kommen."

Bei den Elektroautos aber gibt es noch eine weitere Hürde: Wollte man sie wirklich innerhalb von fünf Minuten aufladen, würde eine normale 220-Volt-Steckdose nicht mehr reichen. Dann wären Ladestationen nötig mit deutlich mehr Leistung und höheren elektrischen Spannungen. Und die müsste die Industrie erst einmal entwickeln.

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