Graphenakkus – Die Zukunft der Akkutechnologie

Graphen besteht aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen. Diese Atome sind in einem organisierten hexagonalen Muster angeordnet. Graphen ist fast ein „zweidimensionales“ Material mit einigen einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die ihm mehrere Vorteile verleihen, darunter hohe elektrische Leitfähigkeit, hervorragende mechanische Festigkeit und hohe Wärmeleitfähigkeit.

Graphen leitet Elektrizität sogar 100-mal effektiver als Kupfer! Außerdem leitet es Elektronen bis zu 140-mal schneller als Silizium. Das macht das Graphenmaterial so wichtig für die Entdeckung, wie man Batterien schneller aufladen kann.

Hersteller (und Wissenschaftler) halten Graphen für ein vielversprechendes Material für ein breites Spektrum von Anwendungen. Sowohl in der Forschung als auch bei der heutigen Verwendung könnte es eine sehr wichtige Rolle in der Elektronik, der Energiespeicherung und bei Verbundwerkstoffen spielen. Angesichts der einzigartigen Eigenschaften von Graphen hat es tatsächlich das Potenzial, die Energiespeicherung und die Leistungsdichte in den besten Elektrowerkzeugen zu revolutionieren.

Was ist der Vorteil von Graphenakkus gegenüber Lithium-Ionen-Akkus?

Das besondere an Graphen-Akkus ist, im Vergleich zu den Lithium-Ionen-Akkus, unter anderem die wesentlich schnellere Ladezeit. Dazu kommt, dass Graphen-Akkus ein geringeres Gewicht haben, relativ temperaturunempfindlich sind und mehr Speicherkapazität aufweisen. Klar ist also, dass Graphenakkus in nicht allzu ferner Zukunft einen ernstzunehmenden Konkurrenten zur Lithium-Ionen-Technologie darstellen könnten.

Was ist Graphen?

Graphen ähnelt in seiner atomaren Beschaffenheit stark dem Material Graphit, das im Alltag vor allem durch den Bleistift bekannt ist. Jedoch gibt es einen bedeutenden Unterschied, denn Graphen ist, anders als Graphit und jedes andere bislang verfügbare Material, 2-dimensional. Das bedeutet, dass das Material nur aus einer einzigen Lage Kohlenstoff besteht, also eine Dicke von nur einem Atom aufweist.

Aufgrund der wabenförmigen Anordnung der Atome ist das Material außergewöhnlich stabil. Die Festigkeit von Graphen ist mit der von Stahl zu vergleichen, während es jedoch transparent und biegsam wie Gummi ist. Dadurch und aufgrund seiner hervorragenden Wärme- und Stromleitfähigkeit, der riesigen Oberfläche und vielen weiteren Eigenschaften gerät Graphen heutzutage immer mehr ins Rampenlicht.

Warum wird Graphen heute nicht schon verwendet?

Eine der größten Hürden der Nutzung von Graphen war bislang der enorm hohe Preis. Bis zu 200.000 US Dollar musste man bis vor kurzem für eine Tonne Graphen bezahlen. Der Grund dafür ist der aufwändige und komplexe Herstellungsprozess des Materials.

Wie funktioniert der Graphen-Akku?

Graphen-Akkus funktionieren im Grunde auf dieselbe Weise wie herkömmliche Batterien. Grob zusammengefasst konvertieren elektrochemische Zellen chemische Energie zu elektrischer Energie. Dabei gibt es in der Batterie zwei Elektroden, eine negative Katode und eine positive Anode. Während die Anode Elektronen produziert, werden sie von der Kathode wieder absorbiert. Durch diesen Vorgang entsteht Elektrizität. Der Prozess setzt sich fort, bis die benötigte Substanz für die Reaktionen aufgebraucht ist. Anders als bei herkömmlichen Batterien wird bei Graphen-Akkus das Material, aus dem die Elektroden bestehen, mit Graphen angereichert. Dies bringt, die nachfolgend beschriebenen Vorteile mit sich.

Was machen Graphen-Akkus so besonders?

Graphenakkus, stellen, verglichen mit den bisher verfügbaren Batterien und Akkus, eine deutliche Verbesserung dar. Graphenakkus sind wesentlich leichter als herkömmliche Akkus, da viel weniger Kohlenstoff verwendet werden muss, um dieselbe Leitfähigkeit zu erreichen. Daher könnte besonders im Bereich der Elektromobilität der Einsatz von Graphen zu großen Erfolgen führen.

Durch die dünnere Beschichtung der Elektroden haben Graphenakkus eine längere Lebensdauer, denn zwischen diesen beiden Attributen besteht eine negative Relation. So kann ein Graphen Akku bis zu 1.000 Ladezyklen mehr durchlaufen als ein Lithium-Ionen-Akku, bevor er seine Kapazität verliert.

Darüber hinaus können mit Graphen angereicherte Akkus sehr viel schneller geladen werden. Die Ladezeiten können so von einigen Stunden auf wenige Minuten verkürzt werden.

Zusätzlich zu geringem Gewicht, längerer Lebensdauer und schnelleren Ladezeiten sprechen noch weitere Attribute für die Nutzung von Graphen-Akkus. Darunter fallen unter anderem die erhöhte Batteriekapazität, hohe Temperaturtoleranz, ihre relative Unempfindlichkeit und Flexibilität.

Fazit

Wenn die Graphen-Akkus ihren Einzug in die Elektrowerkzeuge finden, wird das einer Revolution gleichkommen.

Wenn man bedenkt, dass die Beschichtung von Anoden und Kathoden mit nanogroßen Graphenblättern oder -kugeln zu einer schnelleren Aufladung, einer höheren Leistungsdichte und einem besseren Wärmemanagement führt, sind die Vorteile für Elektrowerkzeuge zahlreich. Ein Akku für eine Akku-Bohrmaschine oder eine Kreissäge mit hoher Kapazität könnte in nur wenigen Minuten statt in einer Stunde aufgeladen werden. Außerdem könnte er um ein vielfaches so lange laufen.

Mit schnellen Ladezeiten gehen auch schnelle Entladezeiten einher. Das bedeutet, dass man aus einem Graphen-Akku schneller mehr Leistung herausholen kann. Das hat das Potenzial, noch leistungsfähigere kabelgebundene Werkzeuge und Geräte schneller auf eine Batterieplattform zu bringen. Die Energieversorgung stellt kein so großes Problem mehr dar.

Darüber hinaus könnten sich die Ladezeiten so stark verbessern, dass der Begriff „ganztägige Laufzeit“ auf immer größere Werkzeuge ausgedehnt wird. Wenn die Akkus schnell genug aufgeladen werden, können selbst größere Geräte mit einem Akku betrieben werden, während ein anderer nachgeladen wird.

Wir werden sehen welcher Hersteller diese Technologie zuerst zur Serienreife bringt und diese dann zu einem angemessenen Preis anbieten kann. Sehr interessant finde ich diesen Artikel hier, den ich als Quelle für meinen Beitrag genutzt habe. In diesem Artikel findet ihr auch noch weitere Informationen.

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