Forschung

Forschung: Akkurevolution durch Phosphor-Nanobänder

Wissen­schaftler finden eher zufällig zwei­dimen­sionale Phos­phor-Bänder. Ein Mate­rial, das auch die Akku­technik revo­lutio­nieren könnte.
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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.Forscher wollen mit Phosphor-Bändern die Akkutechnik revolutionieren. 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.

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