Neues Verfahren

Forschern ist es gelungen, aus Altglas nanoskaliges Silizium zu gewinnen. Dieses eignet sich bestens für Elektroden in Lithium-Ionen-Batterien. Zellen mit diesen Nano-Silizium-Anoden sollen bis zu viermal so viel Energie speichern wie Batterien mit Graphit-Anoden.

Altglas eignet sich für Anoden von Lithium-Ionen-Akkus


Für gewöhnlich werden in Lithium-Ionen-Batterien Elektroden aus Graphit verwendet. Allerdings würde sich nanoskaliges Silizium noch besser als Anodenmaterial eignen, denn Labortests haben gezeigt, dass derartige Anoden eine bis zu zehnmal bessere Effizienz haben. Das Problem ist nur, dass dafür hochreines Silizium benötigt wird, das erst mit aufwändigen und kostspieligen Prozessen aus geeignetem Gestein gewonnen werden muss.

Aber möglicherweise gibt es auch einen anderen Weg: Wissenschaftler von der University of California in Riverside haben eine alternative Rohstoffquelle gefunden – sie nutzen für ihre Herstellungsmethode Altglas. Dieses zermahlen sie zu Nano-Pulver. Da Glas im Wesentlichen nichts anderes ist als geschmolzenes Siliziumdioxid, fallen teure Aufbereitungs- und Reinigungsschritte weg.

Das fein gemahlene Glaspulver könnte direkt in der industriellen Batterieproduktion eingesetzt werden, schreiben die Wissenschaftler in ihrem Forschungsbericht, den sie im Fachmagazin „Nature“ unter dem Titel „Silicon derived from glass bottles as anode materials for lithium-ion fuel cell batteries veröffentlicht haben. Die Forscher haben das Siliziumdioxid mit Hitze und unter Zugabe von Magnesium zu Silizium reduziert. Das Magnesium haben sie danach aus dem Silizium wieder herausgeätzt.

Dadurch sei ein nanostrukturiertes Netzwerk aus reinem Silizium entstanden, wie Li und seine Kollegen erklären. Dieses hätten sie abschließend mit einer Schutzschicht aus Kohlenstoff überzogen. Und fertig war das Elektrodenmaterial.

Neue Batterien speichern mehr Energie und laden schneller

In Labortests waren Knopfzellen mit den aus Altglas hergestellten Nano-Silizium-Anoden konventionellen Batterien leistungsmäßig weit überlegen. Nach Angaben der Wissenschaftler hatten die Elektroden selbst nach 400 Ladezyklen noch eine Kapazität von 1.420 Milliamperestunden pro Gramm. Die für gewöhnlich in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzten Graphit-Elektroden würden dann nur noch über eine Kapazität von rund 372 Milliamperestunden pro Gramm verfügen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Graphit-Elektroden hätten die Knopfzellen mit Nano-Silizium-Anoden damit eine viermal größere Ladekapazität, wie die US-Amerikaner berichten. Die neuen Batterien sollen mehr Energie speichern können, schneller laden und stabiler sein als kommerzielle Knopfzellen.

Die neue Technik kann aber auch hinsichtlich der Kosten punkten. Aus einer einzigen Glasflasche könne schließlich genügend nanoskaliertes Silizium gewonnen werden, um damit Elektroden für mehrere Hundert Knopfzellenbatterien herzustellen, wie Li und seine Kollegen in ihrem Essay schreiben. Aus dieser Menge nanoskaliertem Silizium ließen sich auch bis zu fünf Lithium-Polymer-Akkus fertigen, wie sie beispielsweise in Handys zu finden sind.

Vor allem aber sei das Recycling des Siliziums aus leeren Glasflaschen extrem kostengünstig. Das mache das recycelte Nano-Silizium daher zu einem „vielversprechenden Kandidaten für die nächste Generation von Lithium-Ionen-Akkus“, wie die Forscher selbst sagen.

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