Neues Anodenmaterial für Li-Ionen Akkus veröffentlicht

WalterH

Fördermitglied
Die Arbeitsgruppe um Jian Yang an der Shandong University in China hat eine neue Methode zur Herstellung von porösem „amorphem Silizium“ und die Anwendung als langlebige Anode in Lithium-Ionen Akkus veröffentlicht 1).

Mit dem neuen Material könnten einige negative Eigenschaften bisheriger Materialien auf Kohlenstoff-Basis wie starke Volumenänderungen beim Entladen und Laden vermieden werden. Auf Grund der Verbesserung der Eigenschaften als Ladungsträger in Nanometer-Dimension könnte eine Steigerung von Kapazitäten bis zu einem Faktor 6 erreicht werden.

Von der Grundlagenforschung in der Nano-Technologie bis zum Produkt ist ein weiter Weg. :cool:

Aber da das Herstellungsverfahren als relativ einfach beschrieben wird könnte eine Umsetzung in Produkte eventuell nur wenige Jahre dauern.


1) L. Lin, X. Xu, C. Chu, M. K. Majeed, J. Yang, Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 14063.
 

WalterH

Fördermitglied
Stimmt. Der Wunsch ist nicht so neu.
Neu ist in der Publikation vom 6. Oktober ein überraschend einfacher Weg zur Herstellung der gefragten Strukturen.
Denn nur wenn man diese großtechnisch herstellen kann gibt es sie zu kaufen. ;)
 

BZFrank

User
Zwei Anmerkungen...

Mit dem neuen Material könnten einige negative Eigenschaften bisheriger Materialien auf Kohlenstoff-Basis wie starke Volumenänderungen beim Entladen und Laden vermieden werden.

Die starken Volumenänderungen finden primär bei Silizium statt. Bisher war das der limitierende Faktor dabei - es war schon immer kein Problem eine Siliziumanode zu produzieren, es ist (oder wenn der Bericht stimmt - war) aber eines eine zyklenhaltbare zu erzeugen.

Auf Grund der Verbesserung der Eigenschaften als Ladungsträger in Nanometer-Dimension könnte eine Steigerung von Kapazitäten bis zu einem Faktor 6 erreicht werden.

Kapazitätsverbesserung der Anode. Ohne vergleichbare Fortschritte der Kathodenseite muss diese grösser gemacht werden, daher relativiert sich der gesamte Kapazitätszuwachs einer Zelle auf Faktor 2-3 / Gewichtseinheit, was aber immer noch gut wäre. Allerdings glaube ich das erst wenn ich die ersten Zellen sehe.
 

guckux

Vereinsmitglied, Seniorenbeauftragter
Guckux

Es scheint sich aber wohl auf dem Weg der Serienproduktion zu befinden...
10 fache Kapazität im Vergleich zum Li-Akku... WoW - und dann thermisch dazu noch "stabil"?!
 

UweHD

User
Für die Seriösität der Berichtetstatting spricht natürlich auch der Vergleich der Ladezeiten gegenüber aktuellen LiIo Akkus, die da mit fünf Stunden beziffert wird :D
 
Für die Seriösität der Berichtetstatting spricht natürlich auch der Vergleich der Ladezeiten gegenüber aktuellen LiIo Akkus, die da mit fünf Stunden beziffert wird :D
Hat mich auch gewundert. Ich kann meine normalen Lipos auch in 12 Minuten volladen. Aber zehnfache Kapazität ist schon ein Wort, wenn es stimmen sollte. Aber selbst eine Verdoppelung der Energiedichte wäre ja schon ein großer Schritt.
 

UweHD

User
...Aber zehnfache Kapazität ist schon ein Wort, wenn es stimmen sollte. Aber selbst eine Verdoppelung der Energiedichte wäre ja schon ein großer Schritt.
Da die in dem Bericht die Laderaten herkömmlicher LiIo's als Referenz bei 0,2C ansetzen, frage ich mich natürlich schon, welche Energiedichte sie denn entsprechend als Referenz annehmen. Da wäre eine Verdopplung schnell auf dem Papier erzielt ;)
 

Crizz

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Wenn ihr mal aus dem Modellbau weggeht, und Industrieanwendungen heranzieht, kommt ihr schnell auf die Werte. Z.b. Smartphone, ist der beste Vergleich hierfür. Beispiel : ein Samsung S5 hat einen 2800 mAh HV-Akku, also irgendwas um die 10 Wh. Eine Einzelzelle normaler Bauart in LV-Chemie mit 20c Belastbarkeit hat gerade mal 2500 mAh oder 9 Wh. Dafür ist der Unterschied in der Belastbarkeit aber deutlich größer, die benannte Samsung-Zelle hat max. 0,5c für die Entladung.

Außerdem werden in der industriellen Anwendung viel engere Betriebs-Parameter verwendet. Würden wir die im Modellbau anwenden, wäre jeder nur noch die hälfte der Zeit in der Luft. Denn dann wird bei einer LV-Zelle bei Unterschreitung von 3,70 V und bei HV bei 3,80.... 3,85 V abgeschaltet, außerdem würden dann Lade- und Entladevorgänge bei Überschreitung von 50°C unterbrochen.

Deshalb muß man bei solchen Berichten immer das gesamte sehen - nicht den eigenen, sehr speziellen Bereich. Wir profitieren von industriellen Entwicklungen, keine Frage. Aber die Industrie produziert nicht in erster Linie für uns, denn der Modellbau ist ein verschwindend kleiner Teil am Gesamtmarkt. Automobile, medizinische Geräte, Consumer-Elekronik sind da sehr viel interessantere Massenabnehmer, und für die wird auch in erster Linie entwickelt. Es gibt nur ganz wenige Ausnahmen, und auch die werden sich nicht mehr lange am Markt halten können und die Produktion einstellen, was aber eher der Modellbaubereich als der Consumer- oder Med.-Tech.-Market wahrnehmen wird.

Und in absehbarer Zeit wird es ohnehin so sein, das es nur noch wenige Spezialprodukte im Akkubereich für den Modellbau geben wird - und das wird teuer werden. Wer dann mit Consumer-Produkten seine Anforderungen nicht erfüllen kann, wird nur die Möglichkeit haben, spezielle Sonderfertigungen für teures Geld zu kaufen, oder sein Hobby einzustampfen. Eine echte Rennaisance wird der Modellbau durch neue Akkutechnik kaum mehr erleben, zumindest nicht auf breiter Ebene. Wobei die EASA und die FAA dabei in erster Linie durch die Reglementierungen ohenhin dem ganzen einene Deckel aufschieben, deshalb ist es ohnehin überflüssig darauf zu hoffen, in Zukunft mit den Knopfzellen aus Omas Hörgerät neue Flugzeitrekorde aufstellen zu können.
 

UweHD

User
Wenn ihr mal aus dem Modellbau weggeht, und Industrieanwendungen heranzieht, kommt ihr schnell auf die Werte. Z.b. Smartphone, ist der beste Vergleich hierfür.
Naja, in diesen Hoppla-hier-bin-ich Meldungen über Durchbrüche in der Akkutechnologie werden die sicherlich keine konservativen Laderaten für eine neue Akkutechnik nennen, sondern das technisch maximal machbare. Schließlich geht es ja darum, weitere Fördergelder abzugreifen. Ich denke, das muss man schon mit den maximal möglichen Laderaten der aktuellen Technik vergleichen, und da sind 2 bis3C schon eher konservativ.
...Und in absehbarer Zeit wird es ohnehin so sein, das es nur noch wenige Spezialprodukte im Akkubereich für den Modellbau geben wird - und das wird teuer werden. Wer dann mit Consumer-Produkten seine Anforderungen nicht erfüllen kann, wird nur die Möglichkeit haben, spezielle Sonderfertigungen für teures Geld zu kaufen, oder sein Hobby einzustampfen..
Wie kommst du denn auf sowas? Ich bin sicher, sobald es da was besseres auf dem Industriesektur gibt, dann werden die Chinese das auch für Modelle anbieten.
Warum auch nicht, bzw. warum sollte das dann heute so sein und morgen nicht?
 

Crizz

User
Ganz einfach, mein Lieber : weil die Chinesen lieber 100´000 pro Format liefern als nur 1´000 - die sind zwar flexibel , aber nicht blöde. Und bei einem sei gewiß : die springen nicht sofort auf jeden Zug auf. Ich weiß aus eigener Erfahrung, wie schwer es ist, jemanden für Mindermengen-Produktionen zu finden, und es werde nicht mehr - eher weniger.

Was glaubst du wohl, warum HV-Lipos sich nicht auf breiter Ebene etabliert haben ? Mangelnde Abasatzzahlen, sonst nix. Das ist auch der Grund, warum du kaum noch HV-Zellen über 2000 mAh findest, darunter aber noch ein relativ breites Sortiment : das ist der Hype der UAV-Racer. Der DAeC und Co. haben durch die "Reglemetierungs-Kontinuität" da lange den riegel vorgeschoben, das in der Zukunft irgendwas, was mehr als 4,25 V pro Zelle liefert, für einen Wettbewerb zugelassen würde, und hat mit der Einführung der HV-Lipos auch nicht im geringsten Interesse gezeigt, dafür ggf. eine eigene Klasse einzugliedern. Über die Gründe darf jeder für sich spekulieren.
 

UweHD

User
...Was glaubst du wohl, warum HV-Lipos sich nicht auf breiter Ebene etabliert haben ? Mangelnde Abasatzzahlen, sonst nix.
Das ist kein Wunder, warum sollten die Modellbauer auch wegen des winzigen Performancevorteils der HV Lipos ihre Akkus austauschen?

Ganz anders sah es dagegen beim Aufkommen der LiPo's aus. Ruckzuck sind alle auf den Zug aufgespungen, einfach weil es ein Durchbruch war. Wer nutzt heute noch in Modellbauantrieben einen NiMH Akku? Oder Bürstenmotoren? Alles neue Technologien, die in kurzer Zeit den Modellbausektor erreicht haben.

Sollte es also irgendwann eine neue, ebenso bahnbrechende Akkutechnologie geben, die den heutigen LiPo aussehen lässt wie die gute alte NiCd-Zelle - dann wird das auch in kurzer Zeit bei uns Modellschubsern ankommen. Jede Wette :)
 

Crizz

User
jo, das mag sein - die Frage ist, wer das letztlich wirklich noch erleben wird. In den letzten 10 Jahren wurden soviele Neuerungen in Aussicht gestellt, die bis heute nicht über das Experimentalstadium herausgefunden haben, das es fraglich ist, wann dann nach der Einführung in der wirtschaftlichen Nutzung auch ein Nutzen in der restlichen Elektronikwelt angestrebt wird.

Und ganz nebenbei : Lipos wurden seit ihrer "markteinführung" im Modellbaubereich wesentlich verbessert, ich rede da nicht alleine von HV-Lipos. Zum einen wurden die Laderaten wie auch die Entladeraten über die Jahre deutlich verbessert, zum anderen wurden andere chemische Zusammensetzungen entwickelt die ganz andere SEI-Layer zuließen und damit die Energiedichte gewaltig erhöhten. Und bei HV-Lipos ist es - zumindest bei denen, die funktionieren - so, das du über einen weiten Bereich eine deutlich höhere Leistungsentnahme realisieren kannst. Von einem winzigen Performanceanteil kann da keine Rede sein, nach meinen Messungen ( die auch andere in etwa gleichen Beträgen bestätigen ) liegt der Performancezuwachs bei gut 10%. Da kann man kaum von "winzig" sprechen.

Wenn aber 50´000 Piloten F-Wettbewerbe fliegen und sich von dem Dachverband knebeln lassen müssen, besteht damit schonmal in der Klientel kein Markt - aber dafür wären die Anwender per se ein interessanter Kundenkreis. Eine Schlange, die sich in den Schwanz beißt...

Sei´s drum - ich gebe mittlerweile nichts mehr auf irgendwelche "News" zu neuen Akkutechniken, bis ich vielleicht mal lese, das sie wirklich auch in Serie gehen. Erst dann wird die Entwicklung, die vorher so hoch gelobt wird, auch auf absehbare zeit für einen breiteren Markt interessant werden. Und bis dahin köcheln wir einfach unsere Akkus auf kleiner flamme noch ein wenig :)
 

UweHD

User
Leider der alte Artikel nur aufgewärmt, inklusive dem gleichen Schmarrn mit der Ladezeit „von mehreren Stunden bei herkömmlicher LiIo Technik“. Das ist schlichtweg Unsinn.
Wenn man heute z.B. ein E Auto in mehreren Stunden lädt, dann nicht wegen der „herkömmlichen“ Akkutechnologie, sondern eher wegen der Lade-Infrastruktur.
 

Crizz

User
na, da will ich mal die Lade-Infrastruktur sehen die die kW/h in den Akku in 30 Minuten reinhaut. Mal überlegt, wie das ganze ausfallen soll, wenn man einen KFZ-Antriebsakku mit 1c oder gar 2c laden will ??? Das hat weniger mit Infrastruktur als vielmehr mit dem ganzen drum und dran zu tun, angefangen von der Verkabelung bis hin zur geeigneten Steckdose, die diese Leistungen überhaupt überträgt ohne selber abzufackeln.
 
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