Wenn es um die Batterien geht, die heute einen Großteil unserer Welt antreiben, sind zwei Elemente von größter Bedeutung: ihre Langlebigkeit und ihre Kapazität. Forscher sind arbeitet ständig zur Verbesserung dieser beiden Aspekte.
Reduzierte Speicherkapazität
Heute haben wir Lithium-Ionen- und Natrium-Batterien. Obwohl beide leistungsstarke Batterien sind, können wiederholte Lade- und Nutzungszyklen ihre Lebensdauer erheblich beeinträchtigen und ihre Speicherkapazität im Laufe der Zeit verringern.
VERBINDUNG: KÖNNTEN ULTRAKAPAKTOREN BATTERIEN IN ZUKÜNFTIGEN ELEKTRISCHEN FAHRZEUGEN ERSETZEN?
Jetzt haben Ingenieure der Universität Tokio einen Weg gefunden, um dieses Problem durch die Entwicklung selbstreparierender Batterien zu vermeiden. Professor Atsuo Yamada und sein Team haben eine Innovation entwickelt, die nicht nur die Lebensdauer von Batterien verlängert, sondern sich auch leisten kannihnen auch höhere Kapazitäten.
Batterien bestehen normalerweise aus Schichten aus metallischem Material. Wenn Batterien geladen und entladen werden, beginnen diese Schichten zerstört zu werden und Risse zu entwickeln, die als Stapelfehler bezeichnet werden.
Diese Fehler beeinträchtigen die Fähigkeit der Batterien, eine Ladung zu speichern und abzugeben. Der Grund für diese Verschlechterungsstapelung liegt darin, dass das Material durch eine schwache Kraft zusammengehalten wird, die als Van-der-Waals-Kraft bezeichnet wird.
Diese Kraft kann leicht durch die Belastung der Batterien während des Ladevorgangs und der Verwendung vereitelt werden. Yamada und seine Kollegen haben sich jedoch ein neues Material ausgedacht, das dieser Belastung standhält.
Die Van-der-Waals-Kraft
Sie zeigten, dass, wenn die Batterie aus einem Modellmaterial hergestellt wird - Sauerstoff-Redox-Schichtoxid Na2RuO3 - nicht nur die Verschlechterung der Lade- und Entladezyklen abnimmt, sondern die Schichten sich tatsächlich selbst reparieren. Dies liegt daran, dass Na2RuO3 gehalten wirdzusammen durch eine Kraft namens Coulomb-Anziehung, die weitaus stärker ist als die Van-der-Waals-Kraft.
"Dies bedeutet, dass Batterien eine weitaus längere Lebensdauer haben können, aber auch über das Niveau hinausgeschoben werden können, das sie derzeit beschädigt", sagte Yamada. "Die Erhöhung der Energiedichte von Batterien ist für die Realisierung eines elektrifizierten Transports von größter Bedeutung."