Graphen-Akku – die Revolution für die Batterietechnologie?

Der Graphen-Akku entfacht als potenzieller Energiespeicher der Zukunft große Hoffnungen. Das Internet der Dinge, erneuerbare Energiequellen und Elektroautos – die enorme Vernetzung und Mobilität unserer Gesellschaft stellt hohe Anforderungen an die Batterie- und Akkutechnik. Entsprechend ambitioniert wird an neuen Akku- und Batterietypen geforscht, die die bestehenden Probleme von Lithium-Ionen-Batterien aufgreifen. Gefragt sind sichere, effiziente und langlebige Alternativen. Aufsehen erweckte jüngst die sogenannte Graphen-Batterie, die durchgehend grüne Energie erzeugen soll. Als Experten für Akku- und Batterietechnik greifen wir diese höchst aktuelle Thematik auf und beleuchten das Potenzial und die Einsatzmöglichkeiten dieser Akkus. Ebenso von Interesse sind Herausforderungen, die mit dieser Technologie einhergehen.

Was ist Graphen und welche Eigenschaften hat das Material?

Bei Graphen handelt es sich um eine künstlich erschaffene Struktur aus Kohlenstoff. Das Besondere an diesem Nanomaterial: Die Kohlenstoffatome unterliegen einer zweidimensionalen, wabenförmigen Anordnung und werden dabei gezielt in eine Schicht extrahiert. Kohlenstoff in dieser speziellen Struktur unterscheidet sich vom natürlich vorkommenden Graphit und birgt beeindruckende Eigenschaften: Das Material leitet Strom und verfügt über eine große Oberfläche. Zudem ist es überraschend stabil. Da es sich hierbei um die idealen Voraussetzungen handelt, die von Nöten sind, um Energie zu speichern, entfachte Graphen als potenzieller Bestandteil für Akkus und Batterien entsprechend hohe Hoffnungen.

Die Erfindung der Graphen-Struktur

Graphen als Material wurde erstmals 2004 an der Universität von Manchester isoliert. Die zweidimensionale Beschaffenheit von Kohlenstoff galt in der Physik lange als nicht möglich. Die zuständigen Forscher erhielten für die Entdeckung der innovativen Struktur daher im Jahr 2010 den Nobelpreis für Physik. An der Universität Arkansas widmeten sich ebenfalls Forscher der Prüfung der Alltagstauglichkeit der Kohlenstoff-Struktur. Der erstmals erfolgreiche Einsatz von Graphen in Kombination mit einem Lithium-Ionen-Akku erfolgte im Jahr 2014 zu Forschungszwecken an einem italienischen Institut.

Graphen-Akku: Potenzial und Funktion

Die große Stärke von Graphen-Akkus liegt in der erhöhten Kapazität in der Zelle. Aufgrund der Stabilität und der guten Leitfähigkeit laden sich die Energiespeicher weitaus schneller auf als gängige Smartphone-Akkus. Diese verkürzten Ladezeiten wiederum, stehen in Verbindung mit einer vermeintlich erhöhten Lebensdauer. Als innovativ gilt der Einsatz eines Graphen-Gels, welches verhindert, dass sich die Graphen-Atome zu Graphit verbinden. Somit soll eine Energiequelle entstehen, die sich innerhalb weniger Minuten auflädt. Die einschlägige Forschung hierzu steht jedoch noch am Anfang.

Graphen-Batterie – wird sie bereits verwendet?

Tatsächlich wird Graphen bereits zur Herstellung von Smartphones Akkus eingesetzt. Dabei fungiert das Nanomaterial als Ergänzung bestehender Batterietechnologie. Die dünne Schicht aus Kohlenstoff dient hierbei der Optimierung von Lithium-Ionen-Batterien, dem führenden Batterietyp auf dem Markt für Smartphones, Laptops und Elektroautos. Aufsehen in dieser Hinsicht erregte der Hersteller Samsung mittels Forschungsarbeiten an einem Graphen-Akku für Smartphones. Der klassische Lithium-Akku wurde hier mit Kugeln aus Graphen und Siliziumoxid an dessen Polen beschichtet. Dabei zeigte sich, dass die Ladezeit beim Samsung-Graphen-Akku maßgeblich verkürzt und die Kapazität bedeutend höher ausfiel, wie gewohnt. Der induktive, mit einer dünnen Graphen-Schicht überzogene Akku lässt sich binnen weniger Minuten aufladen.

Warum haben sich Graphen-Akkus bisher nicht durchgesetzt?

Um den vermeintlichen Graphen-Akku von Samsung, der innerhalb der nächsten Jahre marktfähig sein soll, kursieren verschiedene Gerüchte. Bis zur salonfertigen Entwicklung des Graphen-Akkus zum Einsatz in Smartphones und anderen Geräten sind noch eine Reihe an Herausforderungen zu meistern, die der Massenproduktion zum gegenwärtigen Zeitpunkt im Weg stehen.

Umweltfreundlichkeit: Graphen-Batterie versus Lithium-Akku

Ein Irrtum beispielsweise, zeigt sich in der Umweltfreundlichkeit des Graphen-Akkus. Graphen-Batterien können im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien einfacher recycelt werden. Als problematisch erweist sich allerdings die Herstellung der Graphen-Akkus. Die Fertigung dieser Technologie zieht den Einsatz aggressiver Chemikalien nach sich.

Weiterführende Forschung und Entwicklung

Graphen-Akkus herzustellen, ist bislang mit sehr hohen Kosten verbunden. Damit sich eine Massenfertigung rentiert, ist die Entwicklung einer preisgünstigen Herstellung von Nöten. Zudem steht der Forschungsstand noch am Anfang seiner Laufbahn: Es sind weitere Studien und Tests notwendig, um den praktischen Einsatz von Graphen in Batterie-Elektronen zu ermöglichen. Weitgehend unbekannt sind die gesundheitlichen Auswirkungen von Graphen auf dem menschlichen Organismus. Das bedeutet, es gibt auf diesem Gebiet noch einen umfangreichen Forschungsbedarf.

Perspektiven für den Graphen-Akku

Zunächst ist es sinnvoll, Graphen nicht als Wundermaterial zu verstehen, das die Herstellung von Akkus erlaubt, die sich selbst aufladen. Es handelt sich um ein höchst wertvolles Material, das dank herausragender Eigenschaften ein enormes Potenzial für die Weiterentwicklung der Akku-Technologie mit sich bringt. Insbesondere in Kombination mit klassischen Lithium-Ionen-Akkus könnte Graphen verbesserte Ladezeiten und Kapazitäten bedingen. Damit Smartphones und andere Geräte von Graphen-Akkus betrieben werden können, ist weitere, tiefergreifende Forschung gefragt. Bisherige Erkenntnisse vermitteln einen ersten Eindruck davon, welch enormes Potenzial Graphen für Akkus und Batterien bereitstellt. Lassen sich die Herausforderungen in Sachen Herstellung und Nachhaltigkeit in den kommenden Jahren meistern, dann ist der Einzug eines Graphen-Akkus auf dem Markt denkbar.

Bitte geben Sie die Zeichenfolge in das nachfolgende Textfeld ein

Die mit einem * markierten Felder sind Pflichtfelder.

Was für einen Akku suchen Sie?
Akku Smartphone Icon
Handy
Akku Tablet Icon
Tablet
Akku Laptop Icon
Laptop
Akku Werkzeug Icon
Werkzeug
Akku Digicam Icon
Digicam
Akku Camcorder Icon
Camcorder