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Leistungssprung in der Akku-Technik: Silizium-Anoden für BMW-Elektroautos

Materialforscher suchen intensiv nach Möglichkeiten, die Leistung von Akkus zu erhöhen. Mit als Erstes könnten Anoden auf der Basis spezieller Silizium-Partikel den Weg in die Praxis finden – unter anderem bei BMW.

Anoden-Material auf Silizium-Basis soll in Elektroautos von BMW Verwendung finden

(Bild: Sila Nanotechnologies)

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Nach sieben Jahren stiller Entwicklungsarbeit hat das US-Startup Sila Nanotechnologies in diesem März seinen Stealth-Modus verlassen und eine Partnerschaft mit BMW bekannt gegeben. Bis zum Jahr 2023 sollen für die Anode von Akkus neuartige Materialien des Unternehmens auf Silizium-Basis verwendet werden und so die Menge an Energie, die in ein festes Volumen passt, laut BMW gegenüber konventionellen Technologien um 10 bis 15 Prozent steigern. Nach Aussagen von Sila-CEO Gene Berdichevsky könnten die Materialien sogar Verbesserungen um bis zu 40 Prozent bringen, berichtet Technology Review online in „Weiter fahren mit Silizium“.

Eine Anode ist die negative Elektrode von Batterien und speichert beim Aufladen Lithium-Ionen. Ingenieure sind seit langem der Meinung, dass Silizium aus einem einfachen Grund großes Potenzial dafür hat: Es kann 25-mal so viele Lithium-Ionen binden wie Graphit, das derzeit am häufigsten als Material für Lithium-Ionen verwendet wird. Allerdings gibt es einen großen Haken dabei: Wenn Silizium derart viele Lithium-Ionen aufnimmt, erhöht sich sein Volumen, was das Material auf eine Weise belastet, die tendenziell dazu führt, dass es beim Aufladen zerbröselt. Außerdem löst das Anschwellen elektrochemische Nebenreaktionen aus, die sich negativ auf die Batterieleistung auswirken.

Im Jahr 2010 jedoch stellte der heutige CTO von Sila in einem Fachaufsatz eine Methode für die Produktion starrer Nanopartikel auf Silizium-Basis vor, die porös genug sind, erhebliche Volumen-Veränderungen intern aufzunehmen. Im Jahr darauf wurde das Unternehmen gegründet, und seitdem arbeitet es an der Kommerzialisierung seines grundlegenden Konzepts. In vielen Iterationen entstanden robuste, kugelförmige Partikel mit porösem Kern, bei denen sich ein Großteil des Anschwellens beim Aufladen intern abspielt. Die Außenseite des Partikels verändert weder Form noch Größe, was eine normale Leistung und Lebensdauer sicherstellen soll.

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