Nano-Schalter

14. Januar 2016 16:38; Akt: 14.01.2016 16:38 Print

Forscher entwickeln Akku, der nicht explodieren kann

Durchbruch im Akkubereich: US-Forscher haben eine Art Notfall-Schalter für Batterien entwickelt. Dank Nanospitzen sollen Akkus nicht mehr Feuer fangen.

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Sie stecken in Smartphones, Tablets, Digitalkameras und Laptops: Lithium-Ionen-Akkus versorgen den Grossteil unserer Geräte mit Strom. Doch die Batterien können zur Gefahr werden, wenn sie überhitzen. Wird eine kritische Temperatur erreicht, kann sich der Stromspeicher stark aufblähen und gar explodieren.

Zhenan Bao, Professorin an der Stanford Universität, will solche Szenarien künftig verhindern. Die Expertin auf dem Fachgebiet Chemieingenieurwesen hat mit ihrem Team einen Lithium-Ionen-Akku entwickelt, der nicht mehr explodieren kann.

Nanospitzen als Sicherung

In den hauchdünnen Akku sind winzige, sehr spitze Nickelpartikel eingearbeitet. Bei normalen Temperaturen halten die mit Graphen beschichteten Nanospitzen den Kontakt, der Strom fliesst (siehe Bildstrecke). Wird der Akku zu heiss, dehnt sich das Material aus, die Nanospitzen verlieren den Kontakt zueinander und die Batterie schaltet automatisch ab.

Es gebe zwar schon mehrere Strategien, das Problem von Akkubränden zu lösen, sagt Bao. Leider seien diese Methoden für die Batterie irreversibel. Sprich: Wird der Akku zu heiss, kommt es zwar nicht zu einem Feuer, doch ist der Stromspeicher danach kaputt.

Bei der Batterie aus dem Stanford-Labor ist das anders. Kühle sie auf eine Temperatur ab, die wieder einen gefahrlosen Betrieb ermögliche, funktioniere sie ohne Leistungseinbruch weiterhin, so die Professorin. In einem Test konnte der Zyklus gar mehrmals wiederholt werden. Darum sieht Bao ein grosses Potenzial für die praktische Anwendung der Forschungsarbeit.

(tob)

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Die beliebtesten Leser-Kommentare

  • Gigafactory am 14.01.2016 16:57 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

    Damit wäre das Überhitzungsproblem gelöst, aber...

    Wie sieht es wohl aus mit mechanischen Beschädigungen?

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  • ScienceJohn am 14.01.2016 17:25 Report Diesen Beitrag melden

    Dehnen

    Dehnen sich aus damit sie sich nicht mehr berühren? Durch die Ausdehnung würde doch an und für sich das Gegenteil eintreten (stärkere Überlagerung da sich die Partikel räumlich näher kommen). Irgendwie wurde hier im Artikel wichtige Informationen vernachlässigt. Vereinfachen ist ja schön und gut aber dann bitte korrekt. Wo ist eigentlich der Link zur Publikation? (nicht, dass man nicht googeln könnte, aber bei dem Artikel wurde meiner Meinung nach etwas schlampig gearbeitet..)

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  • pascal am 14.01.2016 18:04 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

    durchbruch?

    Mh ich denke nich das das ein Durchbruch ist. Ich frage mich warum die erst jezt darauf kommen, dieses Prinzip wird in der Elektrotechnik schon länger angewandt. Bimetal Relais funktionieren so z.B. Motorschutzrelais dieses unterbricht den kontakt ebenfalls wenn eine bestimmte Temperatur überschritten ist(auch durch wärmebedingtes ausdehnen). Das einzig neue ist, dass es jezt im Nano format ausgeführt ist

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Die neusten Leser-Kommentare

  • ichich am 15.01.2016 17:36 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

    hajaha der war gut xD

    wenn ein material sich ausdehnt werden die zwischenräume "grösser" und nicht das material. siehe änderung aggregatszustand zu gasförmig...wer denken kann ist klar im vorteil ;-)

  • KnockKnock am 15.01.2016 07:23 Report Diesen Beitrag melden

    Semi-Ernst gemeinter Beitrag

    Hört sich ziemlich danach an, als würde man einen Workaround suchen anstatt den Akku an sich weiter zu entwickeln. Man kann dann nämlich bisher bewährte Technik länger zu geringeren Entwicklungs- und Produktionskosten (wortwörtlich) verheitzen :)

    • C. R. am 15.01.2016 09:08 Report Diesen Beitrag melden

      Ernst gemeinte Gegenfrage

      Fakt ist, dass Lithium ein hochreaktives Metall ist, welches z.B. nur schon im Kontakt mit Wasser eine starke exotherme Reaktion bewirkt (also sehr heiss wird bzw. bei hohen Mengen explodiert). Was willst du da verbessern?

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  • Realist am 14.01.2016 21:40 Report Diesen Beitrag melden

    Und jetzt?

    Hat denn diese Forschungsanstalt auch mal untersucht dass es bei den Akkus die Probleme versuchen quasi immer um die billigst möglichen Produkte mit Mängeln in der Hestellung und Verarbeitung sowie Qualitätssicherung geht? Was nützt eine schöne Idee von ein paar Forschern, wenn dann die Hersteller darauf bestehen bei den HK ein paar Cents zu sparen und deshalb einfach mal beim billigsten Anbieter einkaufen? Das ist doch denen in der Fabrik in Asien so was von egal wenn da in jeder Million verkaufter Akkus ein paar wenige zur Brandbombe werden könnten.

  • pascal am 14.01.2016 18:04 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

    durchbruch?

    Mh ich denke nich das das ein Durchbruch ist. Ich frage mich warum die erst jezt darauf kommen, dieses Prinzip wird in der Elektrotechnik schon länger angewandt. Bimetal Relais funktionieren so z.B. Motorschutzrelais dieses unterbricht den kontakt ebenfalls wenn eine bestimmte Temperatur überschritten ist(auch durch wärmebedingtes ausdehnen). Das einzig neue ist, dass es jezt im Nano format ausgeführt ist

    • Tom am 15.01.2016 00:37 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

      @pascal, habe ich auch sofort gedacht...

      ... gab früher Birnchen die durchs Bimetall blinkten. Aber warum der Schutz IN den Akku und nicht im Gerät VOR den Akku (Sicherung, Bimetalkschalter NTC usw.)?

    • Peter(TOO) am 15.01.2016 06:38 Report Diesen Beitrag melden

      VOR dem Gerät

      Eine Sicherung an den Anschlüssen, hilft nur bei z.B. einem Kurzschluss im Gerät. Bei Akkus kann ein Kurzschluss aber auch im Akku selbst auftreten. Hauptsächlich bei mechanischer Belastung können die Platten direkt einen Kurzschluss machen. Es gibt aber auch chemische Effekte, welche einen Kurzschluss zwischen den Platten verursachen können. Da hilft eine externe Sicherung eben nichts!

    • Lars Meier am 15.01.2016 09:16 Report Diesen Beitrag melden

      @pascal

      Besten Dank für Deinen Kommentar. Ich denke aber, dass Du den Begriff Forschung nicht verstanden hast. Ein sehr groser Teil der aktuellen Forschungsarbeiten an Universitäten wird oder kann nicht 1:1 in der Industrie umgesetzt werden (meist aus Kostengründen). An alle Besserwisser: Publiziert eure Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet, bin mal gespannt was Ihr schon bahnbrechendes herausgefunden habt!

    • Daniel K. am 15.01.2016 12:12 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

      @pascal

      Vielleicht ist ja genau das Nano das Problem gewesen? Komm zuerst mal auf so eine Idee, das ist nicht immer so einfach wie Ihr alle euch das vorstellt.

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  • ScienceJohn am 14.01.2016 17:25 Report Diesen Beitrag melden

    Dehnen

    Dehnen sich aus damit sie sich nicht mehr berühren? Durch die Ausdehnung würde doch an und für sich das Gegenteil eintreten (stärkere Überlagerung da sich die Partikel räumlich näher kommen). Irgendwie wurde hier im Artikel wichtige Informationen vernachlässigt. Vereinfachen ist ja schön und gut aber dann bitte korrekt. Wo ist eigentlich der Link zur Publikation? (nicht, dass man nicht googeln könnte, aber bei dem Artikel wurde meiner Meinung nach etwas schlampig gearbeitet..)

    • giggi am 14.01.2016 17:33 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

      @ScienceJohn

      Vieleicht wie bei Kohlefaser, bei erwährmung dehnt sie sich seitlich und wird längs kürzer

    • ScienceJohn am 14.01.2016 17:34 Report Diesen Beitrag melden

      Nachtrag

      Ich denke den Link darf ich nicht posten aber die Erklärung (sollte es jemanden Interessieren): Es geht gar nicht um die Partikel die sich ausdehnen, wie es hier fälschlicherweise gesagt wurde. Es geht darum, dass nebst den Partikeln noch ein polyethylene film in dem Akku. Dieser verbindet die Anode/Katode des Akkus und dehnt sich (proportional stärker) aus beim erhitzen des Akkus und sorgt dafür, dass die Partikel _auseinander_ gedrängt werden und der Kontakt unterbrochen wird. Bitte Recherchiert in Zukunft besser, wenn ich das schon in 2 min zu korrigieren vermag. Danke.

    • OneTime am 14.01.2016 17:38 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

      @ScienceJohn

      Eher so das sich das Material der Nanospitzen nicht gleich schnell ausdehnt wie das Behältnis sprich der eigentliche Akku...

    • ScienceJohn am 14.01.2016 17:42 Report Diesen Beitrag melden

      @OneTime

      Nun, oder das, wird nicht im originalen Artikel vermerkt. Unterschiedliche Materialien haben jedenfalls unterschiedliche Dehnungskoeffizienten und dehnen sich daher unterschiedlich stark aus. ;) Gut möglich, dass der PE Dehnungskoeffizient grösser ist als derjenige der Nanopartikel. Graphene dehnt sich gemeinhin kaum aus (unterproportional stark) und Metalle (Nickel) eher stärker.

    • ist doch logisch am 14.01.2016 22:09 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

      @ScienceJohn

      die nikel-beschichteten spizigen dinger dehnen sich nicht aus, sondern die folie auf denen sie sich befinden ;)

    • Sämii am 15.01.2016 12:32 via via Mobile Report Diesen Beitrag melden

      @ScienceJohn

      Kommt ganz auf die Konstruktion an. Ist das ganze auf einem "Gestell" befestigt welches sich mehr ausdehnt als die Spitzen ist dies kein Problem mehr.

    • ScienceJohn am 15.01.2016 13:20 Report Diesen Beitrag melden

      @logisch

      Logisch ist, dass sich jedes Material bei Erwärmung ausdehnt. Also dehnen sich sehr wohl auch die Partikel aus, nur eben, wie ich bereits vermerkt habe, anderst als der PE Film. Oder wie Sämii sagt, das "Gestell". Im Artikel wurde es dennoch falsch vermerkt und darum geht es. Alle Materien dehnen sich aus, da gibt es eigentlich keine Ausnahmen. Nur der Grad der Ausdehnung ist teilweise sehr unterschiedlich (Vergleiche nur mal Gase mit z.B. Keramik). ;)

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