Für eine längere Batteriedauer: Druck von Lithium-Ionen-Batterien zum folgenden Leistungsniveau

January 15, 2019

Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien, wie die, die in den Smartphones und in den Notizbüchern weit verbreitet sind, haben Leistungsgrenzen erreicht. Materialchemiker Freddy Kleitz von der Fähigkeit von Chemie der Universität von Wien und internationale Wissenschaftler haben ein neues nanostructured Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, das das Kapazitäts- und Zyklusleben der Batterien verlängert. Basiert auf einem mesoporous Mischmetalloxid im Verbindung mit Graphen, konnte das Material ein neues Konzept zur Verfügung stellen, wie man besseren Gebrauch von den Batterien in den großen Anlagen wie elektrisches oder Hybridfahrzeugen macht. Die Studie ist jetzt als Titelgeschichte der aktuellen Ausgabe der modernen Energie-Materialien veröffentlicht worden.

Hochenergiedichte, ausgedehntes Zyklusleben und kein Gedächtniseffekt: Lithium-Ionen-Batterien sind die weitestverbreiteten Energiespeichergeräte für tragbare Geräte sowie Träger der Hoffnung für Elektromobilität. Forscher suchen nach neuen Typen des aktiven Elektrodenmaterials, um die Batterien auf dem folgenden Niveau der Hochleistung und der Haltbarkeit zu drücken, und sie besseres verwendbares für große Anlagen zu machen. „Nanostructured-Lithium-Ionen-Batterie-Materialien konnten eine gute Lösung zur Verfügung stellen,“ sagt Freddy Kleitz von der Abteilung der anorganischen Chemie -- Funktionsmaterialien der Universität von Wien, die zusammen mit Claudio Gerbaldi, Führer der Gruppe für angewandte Materialien und der Elektrochemie an den Politecnico-Di Torino, Italien, der Hauptautor der Studie ist.

Das nanocomposite 2D/3D, das auf einem Mischmetalloxid und -Graphen, entwickelt von den zwei Wissenschaftlern und von ihren Teams basiert, erhöht ernsthaft die elektrochemische Leistung von Lithium-Ionen-Batterien. „In unseren Versuchen, verbesserte das neue Elektrodenmaterial, das erheblich bereitgestellt wurde, die spezifische Kapazität mit beispielloser umschaltbarer Radfahrenstabilität über 3.000 umschaltbarer Vorwurf und Abklingzeiten sogar an den sehr hohen gegenwärtigen Regimen bis 1.280 Milli-Amperes,“ sagt Abteilungsleiter Freddy Kleitz. Heutige Lithium-Ionen-Batterien verlieren ihre Leistung nach ungefähr 1.000 Aufladungszyklen.

Neues Rezept

Herkömmliche Anoden existieren häufig vom Kohlenstoffmaterial wie Graphit. „Metalloxide haben eine bessere Batteriekapazität als Graphit, aber sie sind ziemlich instable und weniger leitfähig,“ erklärt Kleitz. Die Forscher fanden eine Weise, besten Gebrauch von den positiven Eigenschaften beider Mittel zu machen. Sie entwickelten eine neue Familie von aktiven Materialien der Elektrode, basiert auf einem Mischmetalloxid und dem in hohem Grade leitfähigen und stabilisierenden Graphen und zeigten die überlegenen Eigenschaften, die mit denen der meisten Übergangsmetalloxidnanostrukturen und der -zusammensetzungen verglichen wurden.

Als Erstes basiert auf eben entworfen, Verfahren kochend, waren die Forscher in der Lage, Kupfer und Nickel kontrollierter Art homogen und unter zu mischen, um das Mischmetall zu erzielen. Basiert auf dem Nanocasting -- eine Methode, zum von mesoporous Materialien zu produzieren -- sie schufen strukturierte nanoporous Mischmetalloxidpartikel, denen wegen ihres umfangreichen Netzes von Poren einen sehr hohen aktiven Reaktionsbereich für den Austausch mit Lithiumion vom Elektrolyt der Batterie haben Sie. Die Wissenschaftler wendeten dann ein Sprühtrocknungsverfahren an, um die Mischmetalloxidpartikel mit dünnen Graphenschichten fest einzuwickeln.

Einfacher und leistungsfähiger Entwurf

Den Gebrauch der Lithium-Ionen-Batterien für Emobilität gilt als problematisch von einem Klimagesichtspunkt, z.B. wegen ihrer rohen Material-intensiven Produktion. Kleine Batterien, die so viel Energie wie möglich, letzt so lang wie möglich speichern können und nicht herzustellen zu Kosten-intensiv sind, konnten ihren Gebrauch in den umfangreichen Geräten voranbringen. „Verglich mit bestehenden Ansätze, ist unsere innovative Technikstrategie für die neue hoch-Ausführung und langlebige das Anodenmaterial einfach und leistungsfähig. Es ist ein wasserbasierter Prozess und deshalb umweltfreundlich und bereit, am industriellen Niveau angewendet zu werden,“ die Studienautoren schließen

 

von: Science News