Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, die Lebensdauer von Lithium-Metall-Batterien zu verdreifachen
Lithium-Metall-Batterien gehören zu den vielversprechendsten neuen Batterietypen. Immerhin ist ihre potenzielle Kapazität zehnmal höher als bei ähnlichen Lithium-Ionen-Batterien.
Die zunehmende Tendenz zur Bildung von Dendriten und die korrosive Zerstörung von metallischem Lithium ermöglichten es neuen Batterien jedoch nicht, den Markt vollständig zu erobern.
Ein Forschungsteam der Rice University scheint jedoch eine Lösung für dieses Problem gefunden zu haben.
Die wissenschaftliche Gruppe schlug eine ziemlich elegante Lösung vor: Mit dem gängigsten Band und der modernen Lasertechnologie gelang es ihnen, ein völlig neues Material für die Elektrode zu entwickeln.
Lithium-Metall-Batterie und ihre Hauptnachteile
Bei der Konstruktion einer Lithium-Metall-Batterie besteht die Anode (die bei anderen Batterien aus Graphit besteht) aus reinem Metall-Lithium.
Und da dieses Material eine erhöhte spezifische Energie aufweist, kann metallisches Lithium die Batteriekapazität um das Zehnfache erhöhen und den Ladevorgang um ein Vielfaches beschleunigen.
Hier sind nur einige wesentliche Nachteile aufgeführt, und der Hauptnachteil ist eine erhöhte Tendenz zur Bildung sogenannter Dendriten.
Metallische Ablagerungen, die die tatsächliche Kapazität der Batterie erheblich verringern und sogar dazu führen können, dass sich die Batterie aufgrund eines internen Kurzschlusses entzündet.
Was Wissenschaftler vorgeschlagen haben
Um die Geschwindigkeit der Dendritenbildung so gering wie möglich zu halten, wurde die folgende Lösung vorgeschlagen:
Nehmen Sie das gewöhnlichste Klebeband, fügen Sie ein wenig Graphen hinzu, wickeln Sie es um einen Kupferstromkollektor (der Teil der Lithiumanode ist) und verarbeiten Sie es mit speziell abgestimmten Lasern.
Gleichzeitig wurde das Werkstück auf eine extreme Temperatur von 2026 Grad Celsius erhitzt, was die ursprünglichen Eigenschaften des Werkstücks veränderte.
Diese Behandlung wandelte das Kupferband in eine poröse Struktur um, die hauptsächlich aus Silizium und Sauerstoff mit kleinen Verunreinigungen von Graphen bestand.
Versuche mit dem so erhaltenen Material haben gezeigt, dass es als Schutzhülle für wirken kann Stromkollektor, während er metallisches Lithium aktiv absorbiert und emittiert und gleichzeitig die Formation nicht provoziert unerwünschte Dendriten.
Darüber hinaus war die starke Oxidation von Lithiummetall ein weiteres ernstes Problem. Dies reduzierte die Effizienz und Lebensdauer von Lithiummetallbatterien erheblich. Um diesen Effekt zu verringern, musste die Anode vergrößert werden.
Die während des Experiments erhaltene Beschichtung löste auch dieses Problem. Immerhin haben die durchgeführten Tests gezeigt, dass sich die Lebensdauer der getesteten Prototypen im Vergleich zu ähnlichen Batterien ohne Spezialbeschichtung mindestens verdreifacht hat.
Gleichzeitig behalten neue Batterien nach 60 Lade- / Entladezyklen mindestens 70% ihrer ursprünglichen Kapazität bei, was ebenfalls als hervorragendes Ergebnis angesehen wird.
Wissenschaftler setzen große Hoffnungen auf zukünftige Entwicklungen und arbeiten weiter daran, die Leistung von Lithium-Metall-Batterien zu verbessern.
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