Durchbruch bei Batterien: Neues Design könnte Elektroautos und Smartphone-Batterien deutlich langlebiger machen
Ein Forschungsteam der University of Surrey hat ein neues Batteriedesign vorgestellt, das die Reichweite von Elektrofahrzeugen und die Laufzeit mobiler Geräte erheblich verlängern könnte. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift ACS Applied Energy Materials veröffentlicht und gelten als vielversprechender Schritt für die nächste Generation von Energiespeichern.
Im Mittelpunkt steht eine neu entwickelte Anode – also jener Teil der Batterie, der maßgeblich für die Energiespeicherung verantwortlich ist.
Mehr Kapazität durch neues Material
Lithium-Ionen-Batterien sind heute Standard – sie stecken in Smartphones, Laptops und Elektroautos. Bisher wird meist Graphit als Anodenmaterial verwendet. Es ist stabil, kann jedoch nur begrenzte Energiemengen speichern.
Silizium hingegen bietet eine deutlich höhere Kapazität, hat aber einen entscheidenden Nachteil: Es dehnt sich beim Laden stark aus, was zu Materialschäden und schnellem Leistungsverlust führt.
Das Team aus Surrey hat nun eine Lösung entwickelt, die beide Vorteile vereint. Ihre sogenannte „vertikal integrierte Silizium-Kohlenstoffnanoröhren“-Struktur (VISiCNT) kombiniert Silizium mit einem flexiblen Gerüst aus Kohlenstoffnanoröhren.
Stabil trotz Belastung
Bei diesem Ansatz werden dichte Nanoröhren direkt auf eine Kupferfolie aufgebracht und anschließend mit einer dünnen Siliziumschicht überzogen. Das Ergebnis ist eine stabile, leitfähige Struktur, die die Ausdehnung des Siliziums beim Laden abfedert.
In Labortests zeigte die neue Anode bereits beeindruckende Werte: Sie erreichte eine Speicherkapazität von über 3500 Milliamperestunden pro Gramm – fast zehnmal so viel wie herkömmliches Graphit mit rund 370 mAh/g. Gleichzeitig blieb die Leistung auch über viele Ladezyklen hinweg stabil.
„Unser Design zeigt einen praktikablen Weg, die enorme Kapazität von Silizium zu nutzen, ohne die Lebensdauer zu beeinträchtigen“, erklärt Muhammad Ahmad, Hauptautor der Studie.
Schneller zur Serienreife
Ein besonderer Vorteil der Technologie liegt in ihrer Herstellbarkeit. Die Kohlenstoffnanoröhren können direkt auf Kupfer aufgebracht werden – ein Material, das bereits heute in kommerziellen Batterien verwendet wird. Dadurch könnte sich das neue Design vergleichsweise leicht in bestehende Produktionsprozesse integrieren lassen.
„Das ist ein wichtiger Schritt, um diese Technologie aus dem Labor in die industrielle Fertigung zu überführen“, sagt Ravi Silva, Leiter des Advanced Technology Institute.
Großes Potenzial für viele Anwendungen
Die möglichen Einsatzgebiete gehen weit über Elektroautos hinaus. Neben längeren Fahrstrecken könnten auch Smartphones, Wearables und andere tragbare Geräte von deutlich längeren Laufzeiten profitieren. Zudem sehen die Forschenden Potenzial für stationäre Energiespeicher – etwa zur Unterstützung erneuerbarer Energien.
Angesichts steigender Anforderungen an Batterien – mehr Kapazität, schnelleres Laden, längere Lebensdauer – könnte das neue Design ein wichtiger Baustein für die Energiewende sein.
Noch steht die Technologie am Anfang. Doch die Ergebnisse zeigen: Der Weg zu leistungsfähigeren Batterien, die unseren Alltag und die Mobilität grundlegend verändern könnten, ist ein gutes Stück kürzer geworden.
