Forscher der University of Cambridge haben einen neuen Batterietyp entwickelt, der dank seines vom Darm inspirierten Designs eine längere Lagerung verspricht.
Der Prototyp verwendet eine Lithium-Schwefel-Batteriezelle anstelle des herkömmlichen Lithium-Ionen-Typs. Dies würde die Batterien energiedicht genug machen, um für eine ausgiebige Nutzung zu halten.
[Bild mit freundlicher Genehmigung von Teng Zhao/Universität Cambridge]
Heute ist Lithium-Ionen die am schnellsten wachsende und vielversprechendste Batteriechemie. Aber eine Art Lithium-Ionen-Akku hat in den letzten Jahren Vorrang bekommen. Sie sind Lithium-Schwefel Schwefel Batterie.
Die Lithium-Schwefel-Batterien neigen jedoch dazu, sich schnell zu zersetzen. Um diesen Haken zu überwinden, haben die Forscher die Lithium-Schwefel-Batterie der nächsten Generation mit einer bis zu fünffachen Energiedichte eines Lithium-Ionen-Akkus entwickelt, indem sie die Struktur der Zellen nachahmen,Nährstoffe aufnehmen.
Die Forscher des Cambridge Department of Material Science and Metallurgy unter der Leitung von Dr. Vasant Kumar haben in Zusammenarbeit mit dem Beijing Institute of Technology ein leichtes nanostrukturiertes Material entwickelt und getestet, das Zotten ähnelt. Im menschlichen Körper, Darmzotten ist ein zahlreicher fadenförmiger Vorsprung, der die Oberfläche der Schleimhaut des Dünndarms bedeckt. Zotten nehmen die Flüssigkeiten und Nährstoffe während der Verdauung auf.
Lithium-Schwefel-Batterien lösen und diffundieren Polysulfide in flüssigen organischen Elektrolyten, die die Energiespeicherung behindern. Um die Polysulfide einzufangen und wiederzuverwenden, ohne die Lithium-Ionen-Leitfähigkeit einzuschränken, eine bioinspirierte, bürstenartige Schicht aus Zinkoxid ZnONanodrähte und miteinander verbundene leitfähige Gerüste, die der Struktur von Zotten ähneln, wird auf der Oberfläche einer der Elektroden der Batterie platziert.
Grundstruktur des Lithium-Ionen-Akkus:
Es besteht aus drei Komponenten: einer Anode negative Elektrode, einer Kathode positive Elektrode und einem Elektrolyten in der Mitte. Die allgemeinen Schichtstrukturmaterialien für die Anode sind Graphit und Lithiumkobaltoxid für die Kathode. Durch die cathodeElektrolyten bewegen sich positiv geladene Lithiumionen von der Kathode in die Anode hin und her. Die Kristallstruktur der Elektrodenmaterialien bestimmt jedoch, wie viel Energie in die Batterie gepresst werden kann.
Das Design:
Die Zottenschichten bestehen aus eindimensionalen winzigen Zinkoxid-Nanodrähten. Diese gehen mit Polysulfiden eine sehr starke chemische Bindung ein. Dies ermöglicht eine längere Nutzung des Aktivmaterials und erhöht somit die Lebensdauer der Batterie. Die hohe Oberflächefixiert das aktive Material an einem leitfähigen Gerüst, das es wiederverwendbar macht.
Das Team führte Versuche mit kommerziell erhältlichem makroporösem Nickelschaum als leitfähiges Rückgrat durch. Später wurde der Schaum für praktische Anwendungen durch eine ultraleichte Mikro-/mesoporöse Kohlenstoff-C-Nanofasermatte ersetzt, um das Gesamtgewicht der Batterie zu reduzieren.
Obwohl das Laden und Entladen des Akkus verbessert wurde, kann er immer noch nicht so viele Ladezyklen durchlaufen wie ein Lithium-Ionen-Akku. Außerdem muss ein Lithium-Schwefel-Akku nicht so oft geladen werden wie ein Lithium-Ionen-Batterie, wodurch die Erhöhung der Energiedichte die geringere Gesamtzahl der Lade-Entlade-Zyklen aufhebt. Die Batterien wurden für Forschungszwecke entwickelt. Kommerziell erhältliche Lithium-Schwefel-Batterien sind jedoch noch Jahre entfernt.
SIEHE AUCH: Unglaublich leuchtende Handyhülle mit Batterie für zwei Jahre
„Diese Schicht ist eine winzige Sache, aber sie ist wichtig. Damit überwinden wir den Engpass, der die Entwicklung besserer Batterien verhindert“, sagte der Co-Autor der Studie, Dr. Paul Coxon vom Cambridge Department of Materials Science undMeta.
Weitere Informationen finden Sie unter Erweiterte Funktionsmaterialien.
Geschrieben von Alekhya Sai Punnamaraju