Forschung: Akkurevolution durch Phosphor-Nanobänder
Forscher wollen mit Phosphor-Bändern die Akkutechnik revolutionieren.
Bild: Oliver Payton/University of Bristol
Eine der Schwachstellen der mobilen Welt sind die Akkus. Das gilt sowohl für Produkte wie Smartphones als auch für die aufkommenden Elektrofahrzeuge. Die bisher gebräuchlichen Lithium-Ionen-Akkus gelten als technisch ausgereizt, die Gewinnung des Materials ist aufwendig und schmutzig, die Vorräte sind beschränkt. Und so ist es kein Wunder, das Forscher auf der ganzen Welt fieberhaft nach einem Ersatz suchen. Ansätze gibt es genug, doch keiner der bisher verkündeten „Durchbrüche“ hat zu einer wirklich brauchbaren neuen Akkutechnik geführt.
Zufallsentdeckung
Forscher wollen mit Phosphor-Bändern die Akkutechnik revolutionieren.
Bild: Oliver Payton/University of Bristol
Jetzt könnte eine eher zufällige Entdeckung Licht am Ende des Tunnels bedeuten. Eine internationale Forschergruppe hat bei Experimenten zweidimensionale Nanobänder aus Phosphor erzeugt. Diese Bänder sind nur ein Atom dick, etwa 100 Atome breit und 100 000 Atome lang. Sie sind damit das Gegenstück zu den einatomigen, wabenförmigen Lagen aus Kohlenstoff, den Graphen, die bereits als Wunderwerkstoff gelten.
Drei Jahre hat die Gruppe gewartet, bis sie damit an die Öffentlichkeit gegangen ist. Nun hat sie auf The Conversation ihre Forschung vorgestellt.
Akkus mit Natrium statt Lithium
Die Wissenschaftler haben dem Stoff in den Jahren seit der Entdeckung auch theoretisch nachgespürt und dabei eine ganze Reihe von potenziellen Anwendungen gefunden. So sollen die Bänder vor allem die Akkutechnik revolutionieren können. Sie können nämlich geladene Teilchen 1000-mal schneller leiten als herkömmliche Materialien. Dadurch lassen sich Ladezeiten signifikant verkürzen und die Kapazität erhöht sich bei gleichem Volumen um etwa die Hälfte. Davon sollen vor allem elektrisch betriebene Autos, aber auch Flugzeuge profitieren können. Und natürlich Smartphones.
Ein weiterer Vorteil der Phosphor-Bänder: Mit ihnen können Batterien auch auf Natrium-Basis realisiert werden, ein Metall, das es in Form von Kochsalz in Hülle und Fülle auf der Erde gibt und das sehr leicht gewonnen werden kann.
Stromsparende Chips
Auch für die Mikroelektronik hat das Material große Bedeutung. Es könnte als Basis für neue Chips dienen und dann die Beschränkungen derzeitiger Halbleiter bei der Miniaturisierung aufheben. Dort kommt die Technik an die Grenzen des physikalisch Machbaren. Das lange unumstößliche Mooresche Gesetz, das eine Verdoppelung der Integrationsdichte alle zwei Jahre voraussagt, gerät dadurch ins Wanken. Der neue Werkstoff könnte ihm neue Geltung verschaffen.
Die Bänder sollen, so die Forscher, auch dazu verwendet werden können, um elektrische Verbindungen ohne große elektrische Widerstände zu realisieren. Solche hohen Widerstände bedeuten einen Energieverlust. Mehrere Lagen dicke Phosphor-Bänder lassen sie in diesem Fall einfach aufspalten, in verschiedenen Dicken und mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften. Das könnte vor allem die Herstellung von Solar-Zellen revolutionieren.
Strom aus Körperwärme
Und nicht zuletzt haben die Nanobänder auch thermoelektrische Eigenschaften, die sie befähigen, Wärme direkt in Energie umzuwandeln. Weil sie sehr flexibel sind, können sie auch in Stoffe, etwa für T-Shirts, eingewoben werden und dann Messgeräte für Blutdruck und Blutzucker versorgen.
Auch wenn die Wissenschaftler bereits eine einfache und billige Methode gefunden haben, die Bänder herzustellen - die Erforschung des neuen Stoffes wird noch ein paar Jahre dauern. Denn jetzt müssen die Forscher ihre theoretischen Überlegungen überprüfen und in die Praxis umsetzen.
Bis es soweit ist, müssen wir leider mit der alten Akkutechnik auskommen. Unser Ratgeber zeigt, wie das am besten funktioniert.