Staatspreis Mobilität : Zukunftspreis geht an AIT-Batterieforscherin

Rezqita ist Junior Scientist im Batterieforschungsteam am AIT und hat in den vergangenen drei Jahren ein verbessertes Material für eine Antriebsbatterie für E-Fahrzeuge entwickelt. Der Zukunftspreis ist ihr Ticket zur Transport Research Arena (TRA) im April 2018 in Wien, wo sie ihre Forschung einem internationalen Publikum präsentieren wird.

Das Ziel der Forschungsarbeit war die Steigerung der Effizienz von Lithium-Ionen-Batterien, die unter anderem auch in E-Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Rezqita setzte bei der Anode, dem negativen Pol der Batterie, an und ersetzte den herkömmlichen Graphit durch Siliziumpartikel, die mit mesoporösem Kohlenstoff umhüllte wurden. Der größte Vorteil von Silizium ist seine höhere Energiedichte. "Silizium kann zehnmal mehr Energie speichern als Graphit. Dadurch werden die Autobatterien leichter, brauchen weniger Platz und die Autos können länger fahren", erklärt Rezqita.

Haut aus Karbon umwickelt das Silizium

Die Herausforderung beim Einsatz von Silizium-Legierungen ist, dass Silizium beim Laden und Entladen sein Volumen um bis zu 400 % verändert, das heißt Silizium dehnt sich beim Laden aus und benötigt in der Batterie mehr Platz. Diese Volumenänderung schwächt das Material, bis es nach einigen Ladezyklen versagt und die Batterie keinen Strom mehr speichern kann. Die Lösung fand die junge Forscherin im Material Karbon, das eine bessere mechanische Stabilität als Silizium aufweist: "Man kann sich das einzelne Silizium-Nanopartikel als kleines Knäuel vorstellen, um das nun eine Haut von Karbon gelegt wird. Damit die Lithium-Ionen aber weiterhin eindringen können, habe ich kleine Löcher in die Karbon-Hülle geätzt. So kann sich das Silizium kontrolliert ausbreiten und Ionen aufnehmen, zerfällt aber nicht mehr", erläutert die Indonesierin.

Ergebnis der Forschungsarbeiten: Im Labor blieben die Batterien mit Silizium-Anoden über 400 Ladezyklen stabil (99 %-ige Effizienz). Im nächsten Schritt wird Rezqitadie neue Technologie in größeren Batterien im semi-industriellen Maßstab testen. (ags)