Mit Algen die Reichweite von Elektroautos verachtfachen

(10.09.2011)

Wenn ein Elektroauto Thema einer Diskussion ist, dann kommen recht schnell die Argumente mit dem vergleichbar hohen Kaufpreis und der Reichweite um 160 Kilometer.

Nun wurde von US-Forschern ein Verfahren entwickelt, um die Kapazität von Lithiumionen-Akkus um bis das achtfache zu erhöhen.
Bei dem Verfahren spielen Braunalgen eine sehr wichtige Rolle, bisher werden Braunalgen schon in der Lebensmittel- und der Kosmetikindustrie genutzt. Jetzt haben die Forscher das sogenannte Alginat auch als Komponente für Akkus entdeckt.

In Zukunft könnten Akkus eine Substanz aus gewöhnlichem Seetang enthalten. US-Forscher haben Elektroden gebaut, die mit sogenanntem Alginat als Klebstoff zusammengehalten werden. Dieses langkettige Molekül wird aus Braunalgen wie dem Riesenseetang Macrocystis pyrifera gewonnen.

In der Lebensmittel-, Pharma-, und Kosmetikindustrie kommt es bereits als Verdickungsmittel zum Einsatz – nun könnte der Rohstoff aus dem Meer auch bei der Herstellung von Akkus genutzt werden.

Im Wissenschaftsmagazin „Science“ haben Forscher berichtet, das experimentelle Lithiumionen-Akkus dank neuartiger Elektroden sogar eine achtfach höhere Kapazität als solche mit heute üblichen Elektroden haben. Der Forscher Igor Kovalenko vom Georgia Institute of Technology, Atlanta, und seine Kollegen tauschten nicht nur das heute genutzte Bindemittel – den Kunststoff PVDF – gegen Alginat aus, auch die Elektroden wurden grundlegend verändert.

Bei den marktüblichen Lithiumionen-Akkus – wie sie in vielen Elektroautos als Energiespeicher verwendet werden – bestehen die negativen Elektroden größtenteils aus Graphit – hierbei handelt es sich um eine Form von Kohlenstoff – in dem Graphit sind die Lithium-Atome eingelagert. Beim Entladevorgang des Akkus geben sie ihre Elektronen ab und wandern anschließend als positive Teilchen durch eine gelartige Substanz zur positiven Elektrode.

Die Forscher des Georgia Institutes of Technology und der Clemson University nutzen statt Graphit das Halbmetall Silizium, das Silizium wird in feingepulverter Form mit dem Klebstoff Alginat gemischt und anschließend wird daraus die Elektrode geformt.
Mit Erfolg: In Lade- und Entladeversuchen zeigten sich die Elektroden stabil über 1300 Zyklen hinweg.

Laut Experten gilt Silizium schon länger als eine gute Alternative zu Graphit, schreiben die Forscher. Bisher wurde Silizium allerdings nicht genutzt, da die Silizium-Elektroden während des Akkubetriebs stark anschwellen und diese Volumenänderungen beeinträchtigen die Lebensdauer der Akkus. Gegen den Ausdehnungsprozess helfe Alginat, es bildet viele Bindungen mit dem Silizium aus, werde hart und steif und verhindere so das Anschwellen. Die Poren innerhalb der Elektrode, die sich bei der Herstellung bilden, seien von ihrer Größe und Zahl zudem genau richtig, damit die Lithium-Teilchen gut durch die Elektrode wandern könnten -dies ist für die Funktionalität des Akkus entscheidend.

In der Science heißt es:

„Die Eigenschaften des Alginat könnten auch Vorteile bei anderen Elektroden bringen, etwa bei traditionellen Graphitelektroden.“

Das umweltfreundliche Alginat könnte den heute verwendeten Kunststoff PVDF möglicherweise ersetzen, auch lassen sich die Algen relativ leicht anbauen.

Das Forschungsprojekt wurde von den beiden beteiligten Universitäten, dem Autobauer Honda sowie der US-Weltraumbehörde Nasa gefördert. Auch ein Patentantrag für die Technik wurde bereits  gestellt.

Wie sich die Verwendung von Alginat auf den Preis des Akkus auswirkt, steht leider noch nicht fest. Da es ein Naturstoff ist, bleibt zu hoffen, das die Preise für die Akkus mit Alginat sinken werden. Aber letztendlich ist schon alleine die Tatsache, das die Reichweite mit einem Elektroauto um das achtfache erhöht sein könnte, ein Grund zur Hoffnung. Denn mit einem Elektroauto könnte man so, im besten Fall über 1.280 Kilometer weit mit einer Akkuladung fahren – selbst wenn die Reichweite nur vervierfacht werden würde, könnte dies zu einer größeren Akzeptanz von Elektrofahrzeugen führen.

Hier geht es zu dem Artikel der Zeitschrift Science: Klick