Technische Innovation

MXene: Nanomaterial soll Akkus in Sekunden aufladen

Mit dem stundenlangen Laden von Smartphones und Elektroautos könnte bald Schluss sein, denn durch MXene entsteht eine Generation von Super-Akkus.

Die technischen Beschränkungen heutiger Energiespeicher kennen Smartphone-Besitzer nur zu gut, denn stundenlanges Akkuladen gehört für sie zum Alltag. Doch nun haben Forscher in einem Experiment gezeigt, dass sich die Ladezeiten auf wenige Millisekunden verkürzen lassen. Dazu stellten sie die für die Energiespeicherung zuständigen Elektroden aus dem Nanomaterial MXene her, das sich durch hohe Leitfähigkeit auszeichnet.

Diese kommt durch den schichtweisen Aufbau des Werkstoffs zustande, bei dem sich Oxide mit hochleitfähigen Kohlenstoff-Metall-Lagen abwechseln. Da MXene über eine poröse Oberfläche verfügt, können energieübertragende Ionen leichter als bei herkömmlichen Akkus in die Elektroden eindringen. Gleichzeitig sorgt die große Menge der Öffnungen dafür, dass sich eine höhere Anzahl Ionen und damit mehr Strom aufnehmen lässt. „Das wird die Entwicklung von Akkus ermöglichen, die sich in Sekunden laden und entladen lassen, aber mehr Energie speichern können als herkömmliche Superkondensatoren“, sagt Forschungsgruppenleiter Yury Gogotsi.

MXene könnte Elektroautos zum Durchbruch verhelfen

Superkondensatoren gelten zwar als die Energiespeicher der Zukunft, hatten bislang jedoch einen entscheidenden Nachteil: Sie lassen sich zwar wesentlich schneller aufladen und überstehen zudem mehr Ladezyklen als Akkus. Im Vergleich können sie allerdings nur rund fünf bis zehn Prozent der Energiemenge speichern. Durch MXene könnte nun eine neue Generation von Superkondensatoren entstehen, die sich aufgrund ihrer hohen Speicherkapazität für den Dauereinsatz eignet.

Der schichtweise Aufbau verleiht MXene seine hohe Leitfähigkeit.
Der schichtweise Aufbau verleiht MXene seine hohe Leitfähigkeit. Bild: Dexel Yury Gogotsi(Montage)

Auf diese Weise ließe sich der Durchbruch von Elektroautos auf dem Massenmarkt beschleunigen. Denn mit den neuen Energiespeichern könnten die Hersteller nicht nur die Ladezeiten ihrer Wagen senken, sondern auch die Reichweiten erhöhen. Allerdings ist noch offen, ob MXene sich auch für den Einsatz in Akkus größerer Bauart eignet. Die Forscher sind jedoch zuversichtlich und erwarten, dass sich dank ihrer Erfindung Smartphones, Laptops und allen anderen mobil eingesetzten Geräten in naher Zukunft in Minuten oder sogar Sekunden laden lassen werden.

Cover-Foto: Flickr – r. nial bradshaw (CC BY 2.0) – (Montage)

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