Akkupack für Elektroautos. kool99/iStock
Ein Team von Forschern des japanischen National Institute for Materials Science NIMS, unterstützt vom japanischen Mischkonzern SoftBank, hat eine Lithium-Luft-Batterie mit einer rekordverdächtigen Energiedichte von mehr als 500 Wattstunden pro Kilogramm Wh/kg entwickelt.
Um das ins rechte Licht zu rücken: Die neuartige Batterie hat fast die doppelte Energiedichte der Batterie, die in einem Tesla Model 3 verwendet wird. Zusätzlich zur Erzielung der höchsten Energiedichten und längsten Zyklenlebensdauer, die bisher erreicht wurden, kann die Batterie geladen und entladen werdenRaumtemperatur laut einer Studie veröffentlicht in der Zeitschrift Materialhorizonte.
Das ist enorm, da es den Weg für den praktischen Einsatz von Lithium-Luft-Batterien ebnen könnte. Sobald die Technologie die kommerzielle Phase erreicht hat, könnten diese Batterien ihren Platz in Mobiltelefonen, Elektroautos und vielleicht sogar elektrischen Passagierflugzeugen finden.
Lithium-Luft-Batterien stehen im Mittelpunkt
Eine Lithium-Luft-Batterie ist eine Art elektrochemische Metall-Luft-Zelle oder Batteriechemie, die Strom erzeugt, indem Lithium an der Anode oxidiert und Sauerstoff an der Kathode reduziert wird. Sie könnte eines Tages die ultimative wiederaufladbare Batterie sein: Sie ist leicht und hat eine hohe Kapazität, mit potenziellen Energiedichten, die um ein Vielfaches höher sind als die vonherkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Aufgrund dieser potenziellen Vorteile ist es möglicherweise nur an der Zeit, bis sie ihren rechtmäßigen Platz in Technologien wie Drohnen, Elektrofahrzeugen und Stromspeichersystemen für Haushalte finden.
Es gibt jedoch nur wenige Lithium-Luft-Batterien, die erfolgreich hergestellt wurden. Das liegt zum Teil daran, dass ein erheblicher Gewichtsanteil von Lithium-Luft-Batterien schwere inaktive Komponenten enthält, die nicht direkt an Batterieprozessen beteiligt sind.
Das Team hinter der neuartigen Batterie hatte zuvor an dem Problem gearbeitet durch die Entwicklung einzigartiger Batteriematerialien, die die Leistung von Lithium-Luft-Batterien erheblich verbessern. Jetzt haben sie durch die Integration dieser neuartigen Materialien und Herstellungstechniken eine brandneue Lithium-Luft-Batterie geschaffen.
Die neue Batterie hat eine Energiedichte von mehr als 500 Wh/kg, was ungefähr dem Doppelten der 260 Wh/kg des Tesla Model 3 entspricht. Lithium-Ionen-Panasonic-Akku.
Die Forscher gaben auch an, dass die wiederholte Entlade- und Ladereaktion bei Raumtemperatur auftritt und dass die Energiedichte und Lebensdauer der Batterie zu den höchsten gehören, die jemals erreicht wurden.
Die 500 Wh/kg-Grenze: Elektrische Passagierflugzeuge?
Die Zahl von 500 Wh/kg ist signifikant, da Ingenieure sie als den Punkt ansehen, an dem regionale elektrische Passagierflugzeuge – die nachhaltig, effizient und nahezu geräuschlos sind – machbar werden, nach Initiale Forbes Bericht.
„Die Zahlen, über die sie sprechen, sind interessant, weil sie an einem kritischen Punkt angelangt sind, an dem es möglich sein wird, einen elektrischen Flug über mittlere Entfernungen durchzuführen – das ist so etwas wie ein heiliger Gral“, Patrick Wheeler, Global Director des Institutsof Aerospace Technology und Professor am Department of Electrical and Electronic Engineering an der University of Nottingham, sagte zu Forbes. "Wenn Sie über eine große Distanz vollelektrisch fliegen wollen, reichen die aktuellen Lithium-Ionen-Akkus nicht aus, weil sie werden zu groß und zu schwer."
Und das ist noch nicht alles, denn die neuartige Lithium-Luft-Batterie könnte noch viele weitere Vorteile bieten.
„Dies gibt uns eine Batterie, die deutlich besser in der Energiespeicherung ist als wir sie heute haben“, sagte Wheeler. „Reichweitenangst ist immer noch ein Problem für Elektrofahrzeuge, wenn Sie also heute den Batteriesatz eines Elektroautos ersetzen könnenmit etwas, das dich zweimal, dreimal so weit bringt, das wird ein guter Ort sein."
Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, leistungsfähigere Batteriematerialien zu entwickeln, die sie in die neuartige Lithium-Luft-Batterie integrieren können, um deren Zyklenlebensdauer zu erhöhen. Sie können dann beschleunigen Sie Versuche, den Akku in Betrieb zu nehmen.