Mikrostruktur eines hochporösen Aerogels
Kohlenstoff-Aerogele sind extrem leichte und poröse Materialien mit einer besonderen Nanostruktur. Sie entstehen, indem organische Aerogele in einem speziellen Verfahren verkohlt werden.
Durch ihre winzigen Poren und riesige innere Oberfläche (bis zu 3.000 Quadratmeter pro Gramm) haben sie spezielle Eigenschaften: Sie leiten Strom sehr gut, sind hochgradig porös (über 90 Prozent) und haben eine anpassbare Porengröße. Deshalb eignen sie sich für viele Anwendungen, bei denen herkömmliche Materialien an ihre Grenzen stoßen.
Ein wichtiger Forschungsbereich des DLR ist der Einsatz dieser Aerogele, um Energiespeicher-Technologien zu verbessern. Sie könnten zum Beispiel dazu beitragen, effizientere Akkus und Batteriesysteme zu entwickeln, die mehr Energie speichern und diese länger halten können.
In den letzten Jahren sind tragbare Elektrogeräte, smarte Gadgets und Elektroautos immer beliebter geworden. Doch damit diese Geräte und Fahrzeuge alltagstauglicher werden, müssen ihre Akkus länger halten und Elektroautos eine größere Reichweite bekommen. Ein vielversprechender Ansatz sind Metall-Schwefel-Batterien. Besonders Lithium-Schwefel-Batterien haben das Potenzial, sehr viel Energie zu speichern – theoretisch bis zu 2.600 Wattstunden pro Kilogramm.
Das DLR forscht daran, neuartige Materialien wie Kohlenstoff-Aerogele in der Batterie-Kathode zu verwenden. Denn diese Materialien haben winzige Poren, die sich gezielt anpassen lassen und Strom besonders gut leiten. Damit kann die Kapazität auf bis zu 1.050 Amperestunden pro Kilogramm gesteigert werden – und das auch nach 100 Ladezyklen. Dies könnte in Zukunft leistungsfähigere Akkus für Smartphones, Laptops und Elektroautos ermöglichen.
Die Vergrößerung des Exponats beträgt 1:50.000, die Teilchengröße 100 Nanometer und das Aerogelvolumen ist 2 x 2 x 2 Mikrometer.
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Werkstoff-Forschung
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Bilder: ©DLR
