Staatspreis Mobilität 2017: Junge AIT Batterieforscherin gewinnt den Zukunftspreis

Leichtere und leistungsfähigere Batterien durch Silizium

Das Ziel der Forschungsarbeit war die Steigerung der Effizienz von Lithium-Ionen-Batterien, die in Smartphones wie auch Elektrofahrzeugen vorkommen. Dr. 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 zehn Mal mehr Energie speichern als Graphit. Dadurch werden die Autobatterien leichter, brauchen weniger Platz und die Autos können länger fahren.“, erklärt Dr. Rezqita. Außerdem ist Silizium die zweithäufigste Substanz der Erdkruste und die industrielle Verarbeitung ist durch die Halbleiterindustrie gut entwickelt, was die Herstellungskosten dieser neuartigen Batterie erheblich reduziert.

Karbon-Hülle macht Silizium stabiler

Die Herausforderung beim Einsatz von Silizium-Legierungen ist, dass Silizium beim Laden und Entladen sein Volumen um bis zu 400% verändert, d.h. 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 Dr. Rezqita in Karbon, da es eine bessere mechanische Stabilität als Silizium hat: „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 28-Jährige Indonesierin.

AIT-Solution: Verbesserte Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge

Der Erfolg gibt Dr. Rezqita recht: Im Labor blieben die Batterien mit Silizium-Anoden über hunderte Ladezyklen stabil. Im nächsten Schritt wird sie die neue Technologie in größeren Batterien im semi-industriellen Maßstab testen. Dr. Christian Chimani, Head of Center for Low-Emission Transport freut sich über diesen Durchbruch: „Wir sind sehr stolz auf das besonders stabile Material, das Dr. Rezqita in ihrer dreijährigen Forschungsarbeit entwickelt hat. Nach über 400 Ladezyklen immer noch 99% Effizienz – das ist ein super Ergebnis. Dr. Rezqita hat für die Verbesserung der Lithium-Ionen-Batterie im E-Fahrzeug einen bemerkenswerten Beitrag geleistet.“Die Effizienzsteigerung der Batterie erhöht die Reichweite des E-Fahrzeugs und reduziert folglich die Ladehäufigkeit. Mit innovativen Ideen und neuartigen Komponenten im Bereich der Batteriespeichertechnologien leistet das AIT seinen Beitrag zum Umstieg auf E-Mobilität und zu einer emissionsreduzierten Zukunft der Mobilität.

Zur Person

Dr. Arlavinda Rezqita wurde 1989 in Cirebon, Indonesien, geboren und studierte „Chemical Engineering“ am Bandung Institute of Technology (ITB) in Indonesien. Über das Erasmus Mundus Programm kam sie 2011 für das Masterstudium „Material for Energy Storage and Conversion“ nach Europa und lebte in Frankreich, Polen und Spanien. Seit 2013 forschte Rezqita in Wien als Doktorandin für „Technische Chemie“ an der TU Wien und im Rahmen eines Marie-Curie-Projekts als Dissertantin am AIT Austrian Institute of Technology. Seit 2017 ist sie Junior Scientist im Batterieforschungsteam am AIT und befasst sich mit Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in Elektroautos eingesetzt werden.

Pressekontakt

Juliane Thoß
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