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KIT: Synthese von Eisen-Kohlenstoff-Speichermaterialien

Am Institut für Nanotechnologie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wurde nun ein neuer Ansatz für eine Synthese von Eisen-Kohlenstoff-Speichermaterialien entwickelt. Dieser betrifft zudem die Batteriearchitektur und verspricht Verbesserungen in der gespeicherten Energiemenge. Langfristig könnte dieser neue Ansatz die Reichweite von Elektroautos deutlich erhöhen.

Beim heutigen Stand der Technik ist die in einer Batterie gespeicherte Energiemenge um den Faktor 50 geringer als die Energie in einem gleich großen Benzintank: "Mit herkömmlichen Lithium-Ionen Batteriematerialien sind heute nur noch geringe Verbesserungen zu erwarten", erklärt Dr. Maximilian Fichtner der die Gruppe Energiespeicherung am Institut für Nanotechnologie des KIT leitet. Daher setzen Fichtner und sein Team auf neue Eisen-Kohlenstoff-Materialien, mit deren Hilfe sich deutlich mehr Energie auf kleinem Raum speichern lässt. Das Problem: Die bisher beschriebenen Materialien sind nicht zyklenstabil und die Speicherkapazität sinkt schnell ab, wenn die Batterie mehrmals be- und entladen wird, erläutert das KIT.

So wurde am Institut für Nanotechnologie der neue Ansatz für eine Synthese von Eisen-Kohlenstoff-Speichermaterialien entwickelt. Bei dem zum Patent eingereichten Verfahren werden unterschiedliche Ausgangsmaterialien mit einem Lithiumsalz vermischt und dann gemeinsam erwärmt, erklärt das KIT. Dabei bilde sich eine komplett neue Nanostruktur aus, die zusätzlich von Kohlenstoffdrähten, die ebenfalls entstehen, durchzogen sei. Dadurch entstehen nanoskalige Speichereinheiten und Leiterbahnen quasi in einem Schritt, so das KIT.

Die spezifische Kapazität des neuen Materials, also die Fähigkeit, Energie zu speichern, liege heute schon beim Doppelten der derzeitigen Batterien. "Dies ist weltweit das erste Beispiel für ein stabiles Konversionsmaterial, mit dessen Hilfe sich deutlich mehr Elektronen und Lithium auf kleinem Raum packen lassen als bei herkömmlichen Verfahren", betont Fichtner. "Die Herstellung ist einfach und kostengünstig und die hohe Kapazität der Eisen-Kohlenstoffelektrode bleibt sehr lange erhalten. Das ist ein enormer Fortschritt gegenüber den bisherigen Materialien. Gelingt es uns, das Potenzial dieses neuen Materials voll auszuschöpfen, können wir die Speicherdichte von Lithium-Ionen-Batterien um den Faktor Fünf verbessern."
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