Forschern der University of Michigan gelang ein neuer Durchbruch bei Lithium-Schwefel-Batterien, der zu einer Verfünffachung der Batterieenergiedichte führte, eine Presseerklärung enthüllt.
Die Neuentwicklung würde eine leistungsstärkere und nachhaltigere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien bieten, die auf unethischen Kobaltabbau angewiesen sind und während der Produktion eine große Menge an CO2-Emissionen ausstoßen.
Batterien aus recyceltem Kevlar
Die Wissenschaftler verwendeten ein Netzwerk aus Aramid-Nanofasern, recycelt von Kevlar, das typischerweise in kugelsicheren Westen verwendet wird, um die chemische Reaktion zwischen der Lithiumanode und der Schwefelkathode in ihrer Batterie zu stabilisieren. Sie skizzierten ihre neue Methode in einem Artikel, der in veröffentlicht wurde Naturkommunikation.
Zusätzlich zu der verbesserten Gesamtkapazität sagen die Wissenschaftler, dass die Batterie mehr als 1.000 Ladezyklen hat. Sie schätzen, dass sie eine Batterielebensdauer von 10 Jahren hätte, wenn sie in ein Elektrofahrzeug eingebaut würde. „Es gibt eine Reihe von Berichten, in denen mehrere hundert Zyklen für Lithium-Schwefel-Batterien behauptet werden, aber dies wird auf Kosten anderer Parameter erreicht – Kapazität, Ladegeschwindigkeit, Belastbarkeit und Sicherheit“, sagte Nicholas Kotov, Projektleiter, in aErklärung. " Die Herausforderung besteht heutzutage darin, eine Batterie herzustellen, die die Zyklenzahl von früher 10 Zyklen auf Hunderte von Zyklen erhöht und mehrere andere Anforderungen einschließlich der Kosten erfüllt.
Mit einer Aramid-Membran konnten die Forscher die Bildung von Lithium-Schwefel, auch Polysulfide genannt, in der Batterie verhindern, was die Gesamtkapazität verringern würde. Gleichzeitig ermöglichte diese Membran den Fluss von Lithium-Ionen vom Lithium zum Schwefel und zurück.
Eine „fast perfekte“ Batterie
Die Forscher der University of Michigan weisen auch darauf hin, dass die Batterien durch das Recycling von schusssicheren Westen und anderen Produkten hergestellt werden können, die mit Kevlar hergestellt wurden. Schwefel ist auch viel einfacher zu beschaffen als Kobalt, was bedeutet, dass ihre Batterien auf ethischere und nachhaltigere Weise hergestellt werden können.
Professor Kotov hat die Aramidmembran zum Patent angemeldet und plant sogar die Gründung einer Firma zur Vermarktung der neuen Technologie. Er erklärte, dass das Batteriedesign „nahezu perfekt“ sei und die theoretischen Grenzen der Technologie in Bezug auf Kapazität und Effizienz erreicht habe. Wenn die Technologie schließlich auf den Markt komme, werde sie zu Startups wie Michigan stoßen Prototypbatterie unserer Next Energy zielt darauf ab, die gefürchtete "Reichweitenangst" zu reduzieren. Laut Kotov "Das Erreichen von Rekordwerten für mehrere Parameter für mehrere Materialeigenschaften ist das, was jetzt für Autobatterien benötigt wird. Es ist ein bisschen ähnlich wie beim Turnen für die Olympischen Spiele – Sie müssen rundum perfekt sein, einschließlich der Nachhaltigkeit ihrer Produktion."
"Die biomimetische Technik dieser Batterien integrierte zwei Skalen – molekulare und nanoskalige. Zum ersten Mal haben wir die Ionenselektivität von Zellmembranen und die Zähigkeit von Knorpel integriert. Unser integrierter Systemansatz ermöglichte es uns, die übergreifenden Herausforderungen von Lithium-Schwefel anzugehenBatterien“, fuhr er fort.
Kotov beschrieb die Kapazität und Effizienz des Prototyps als „nahezu perfekt“, da er den theoretischen Grenzen für diese Art von Technologie nahe kommt.
Weitere Vorteile von Lithium-Schwefel-Batterien
Lithium-Schwefel-Batterien vertragen extreme Temperaturen – sowohl heiß als auch kalt.
Die Batterien sind auch nachhaltiger als Lithium-Ionen-Batterien. Durch das Recycling von kugelsicheren Westen ist es möglich, die für die Membran benötigten Aramidfasern zu gewinnen, und es ist einfacher, Schwefel zu gewinnen als das knappere Kobalt, das in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird.