Siliziumanoden in Elektrofahrzeugbatterien

In Antriebsbatterien für Elektrofahrzeuge (EV) kommen zur Speicherung der Energie Lithium(Li)-Ionen-Zellen zur Anwendung. Aktuell wird in den Anoden Graphit (C) als aktives Material verwendet, im Schnitt etwa 60 kg pro Auto. Seit 2019 wird dem Graphit bei einer kleinen, aber wachsenden Zahl von EV-Modellen eine geringe Menge Silizium (Si) zugesetzt. Warum Silizium? Es bildet mit Lithium eine Legierung und jedes Si-Atom lagert bis zu 3,75 Lithium-Atome ein. Bei Graphit hingegen lagern sechs Atome lediglich ein Li-Atom ein. Da jedes Lithium-Ion (Li+) ein Elektron (e-) bindet und das Atomgewicht von Si 2,33 mal höher ist als das von C, ist die speicherbare Elektronenzahl pro kg einer Siliziumanode um Faktor 9,64 höher als bei Graphit [9,64 = (3,75 * 6)/2,33]. Durch Verwendung von Silizium in der Anode lässt sich also theoretisch zehnmal mehr Energie speichern als mit reinem Graphit. Somit können das Gewicht der Zelle und die Dicke der Anodenelektroden verringert werden. Silizium kann zusätzlich Vorteile bieten wie schnelleres Laden und Entladen sowie höhere Energiespeicherkapazität über einen größeren Temperaturbereich. …