Neues Batteriekonzept könnte Elektrofahrzeuge und tragbare Geräte mit einer längeren Lebensdauer ermöglichen

University of Surrey entwickelt Batterieanode mit nahezu maximaler Siliziumkapazität

30.03.2026

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Forscher des Advanced Technology Institute (ATI) der University of Surrey haben ein neues Batteriedesign entwickelt, das die Reichweite von Elektrofahrzeugen und die Lebensdauer tragbarer Elektronikgeräte erheblich verlängern könnte.

In einer in der Fachzeitschrift ACS Applied Energy Materials veröffentlichten Studie stellen die Forscher eine neuartige Lithium-Ionen-Batterieanode vor, die eine der höchsten Energiespeicherkapazitäten bietet, die für Silizium-Kohlenstoffnanoröhrchen-Systeme bekannt sind, und dabei über Hunderte von Ladezyklen hinweg stabil bleibt.

Lithium-Ionen-Batterien treiben einen Großteil der modernen Technik an - von Smartphones und Wearables bis hin zu Elektrofahrzeugen. Graphit, das am häufigsten verwendete Anodenmaterial, ist zwar stabil, kann aber nur eine begrenzte Menge an Energie speichern. Silizium hingegen bietet eine weitaus höhere Kapazität, dehnt sich aber beim Aufladen aus, wodurch es mit der Zeit Risse bekommt und sich abbaut.

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Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Forscherteam eine neue "Vertikal integrierte Silizium-Kohlenstoff-Nanoröhren"-Struktur (VISiCNT). Bei dieser Konstruktion werden dichte Wälder von Kohlenstoffnanoröhren direkt auf eine Kupferfolie aufgebracht und mit einer dünnen Siliziumschicht überzogen, wodurch ein flexibles, leitfähiges Gerüst entsteht, das Ausdehnungen absorbieren kann, ohne an Leistung einzubüßen.

Die so entstandene Anode kann im Verhältnis zu ihrem Gewicht eine sehr große Menge an Energie speichern. In Labortests speicherte sie mehr als 3500 Milliamperestunden pro Gramm - das ist nahezu das Maximum, das für Silizium möglich ist, und weit mehr als der in heutigen Batterien verwendete Graphit (370 mAh/g). Außerdem wurde eine verbesserte Stabilität und Leistung bei wiederholten Ladezyklen nachgewiesen.

Dr. Muhammad Ahmad, Forschungsbeauftragter am ATI der Universität Surrey und Hauptautor der Studie, sagte: "Es gibt einen zunehmenden Innovationsschub bei Batterien, da viele der heutigen Technologien durch die Energiemenge, die Batterien speichern können, begrenzt sind. Unser VISiCNT-Design bietet einen praktischen Weg, die enorme Speicherkapazität von Silizium zu nutzen, ohne die Zyklusdauer zu beeinträchtigen.

"Dies ist ein dringend benötigter Durchbruch, der eine sehr hohe Kapazität, eine schnelle Aufladung und eine lange Lebensdauer ermöglicht und uns gleichzeitig Batterien näher bringt, die Elektrofahrzeuge und Alltagsgeräte viel länger mit einer einzigen Ladung betreiben können.

Ein entscheidender Vorteil des neuen Ansatzes besteht darin, dass die Kohlenstoffnanoröhren mit Hilfe eines skalierbaren Herstellungsverfahrens direkt auf Kupfer gezüchtet werden - dem Material, das bereits in kommerziellen Batterien verwendet wird. Dadurch könnte es einfacher werden, die Technologie in bestehende industrielle Produktionslinien zu integrieren.

Professor Ravi Silva, Hauptforscher und Direktor des ATI, sagte: "Diese Arbeit ist ein wichtiger Schritt, um CNT-Silizium-Anoden aus dem Labor in die reale Fertigung zu bringen. Wir können Kohlenstoffnanoröhren-Strukturen direkt und mit hoher Geschwindigkeit auf eine Kupferfolie aufbringen und die Siliziumschicht so anpassen, dass sie stabil ist. Das bedeutet, dass dieser Ansatz mit minimalen Unterbrechungen in bestehende Batterieproduktionslinien integriert werden könnte. Die Technologie hat ein klares Potenzial nicht nur für Elektrofahrzeuge, sondern auch für Netzspeicher und kleinere Batterien für die Mikroelektronik.

"Wir sind sehr stolz darauf, eine weitere CNT-Technologie vorstellen zu können, nachdem wir über die Universitätsausgründung Surrey NanoSystems Ltd. bereits das dunkelste Material der Welt, VANTA-Black, entwickelt haben, das die Auswirkungen der vom UKRI finanzierten Grundlagenforschung in der Praxis zeigt".

Da die Nachfrage nach Energiespeichern steigt, müssen die Batterien mehr Energie speichern, sich schneller aufladen lassen und länger halten, um den Übergang Großbritanniens zu Net Zero zu unterstützen. Das VISiCNT-Design bietet einen vielversprechenden Weg zur Bewältigung dieser Herausforderungen und könnte der Schlüssel zum Antrieb von Elektrofahrzeugen und -telefonen der nächsten Generation sein.

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.