Was ist eine Siliziumanode?

Batterien werden mit drei spezifischen Teilen geliefert, von denen eines die Anode ist. In diesem Bereich werden die Elektronen aufgebaut, die elektrische Geräte mit Strom versorgen. Ab 2011 werden Graphitanoden am häufigsten in Lithiumbatterien verwendet. Eine Siliziumanode kann theoretisch die zehnfache Energiemenge einer herkömmlichen Graphitanode erzeugen. Ein Hauptproblem besteht darin, dass die Siliziumanode leicht zusammenbricht, die erzeugte Energiemenge reduziert und die Batterie instabil macht. Aus diesem Grund wurde die Siliziumanode bisher nicht in der Öffentlichkeit eingesetzt.

Jede Batterie, von kleinen AA- bis zu großen Generatorbatterien, besteht aus drei Teilen: der Kathode, dem Elektrolyten und der Anode. Die Anode ist negativ geladen und dort bauen sich die Elektronen auf. Wie es die Natur vorschreibt, sind die Elektronen gezwungen, sich zu einer positiven Ladung zu bewegen, die von der Kathode erzeugt wird. Die Elektrolytschicht hindert die Elektronen daran, direkt in die Kathode zu gelangen, und zwingt stattdessen die Energie, sich durch das elektrische Gerät zu bewegen, das Gerät einzuschalten und arbeiten zu lassen, bevor sie an der Kathode anhält. Es ist dieser Prozess, der jede Batterie zum Funktionieren bringt.

In Lithiumbatterien, die Lithium als Hauptstromquelle verwenden, wurde Graphit als Anode verwendet, da es hohe Energiemengen erzeugen kann und langlebig genug für den Dauerbetrieb ist. Während die Leistung in Graphit im Vergleich zu anderen Quellen hoch ist, ist sie auf die Menge an Leistung begrenzt, die Silizium erzeugen kann. Silizium kann in Kombination mit Lithium die zehnfache Energiemenge erzeugen, wodurch tragbare Geräte und Elektroautos längere Zeit betrieben werden können, ohne dass die Batterie gewechselt oder aufgeladen werden muss.

Das Problem bei der Verwendung einer Siliziumanode besteht darin, dass Silizium eine geringe Haltbarkeit aufweist. Wenn die Elektronen durch die Siliziumanode erzeugt werden und durch diese rennen, zeigt das Silizium Anzeichen von Abnutzung und Deformität. Wenn sich das Silizium verformt, ist es nicht in der Lage, eine regelmäßige Ladung aufrechtzuerhalten, und die Energiemenge nimmt ab. Dies bedeutet, dass das Silizium im Vergleich zur Graphitanode eine viel kürzere Lebensdauer hat, obwohl es eine höhere Ladung halten kann.

Um dieses Problem zu umgehen, verwenden Forscher Siliziumnanodrähte für die Siliziumanode. Der Nanodraht kann der Energie standhalten, ohne sich zu verschlechtern. Es hat sich gezeigt, dass diese Art von Anode weder bricht noch bricht, was sie zu einer brauchbaren Energiequelle für diese Batterien macht.