Ein Großteil unserer Technologie, von Smartphones bis hin zu Elektroautos, basiert auf Lithium-Ionen-Batterien zur Energiegewinnung. Diese gängigen Batterien sind zwar voller Vorteile, bergen jedoch auch die Gefahr von Feuer und Explosionen. Festkörper-Natriumionen-Batterien sind weitaus sicherer, haben dies aber bisher nicht getankonnten die Leistung demonstrieren, die ihre Sicherheitsvorteile ausgleichen würde.
Das ist alles kurz vor Änderung dank Forschungen von Wissenschaftlern der Universität von Houston. Der leitende Forscher Yan Yao, außerordentlicher Professor für Elektro- und Computertechnik, hat verfasst ein Papier im Tagebuch Joule beschreibt die Entwicklung einer organischen Kathode, die sowohl die Stabilität als auch die Energiedichte in Festkörper-Natriumionenbatterien erheblich verbessert.
Umkehrbarkeitstaste
Eine herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie verfügt über flüssige Elektrolyte, die hohe Energiemengen speichern können. Festkörper-Natriumionenbatterien haben einen Festelektrolytkern, der normalerweise nicht die gleichen Energiemengen produzieren kann. Neuere Forschungen haben jedoch einen Festelektrolyten geliefertdas ist so leitfähig wie die in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten flüssigen Elektrolyte.
Die letzte Herausforderung bei der Erzielung einer hocheffizienten Festkörper-Natriumionenbatterie bestand darin, feste Grenzflächen zu finden. Die Forschung hat zwei Hauptergebnisse im Zusammenhang mit diesem Problem. Die erste lautet: "Die Widerstandsgrenzfläche zwischen Elektrolyt und Kathode, die üblicherweise verwendet wirdFormen während des Radfahrens können umgekehrt werden, was die Lebensdauer des Zyklus verlängert. "
Das zweite ist, dass: "Die Flexibilität der organischen Kathode es ihr ermöglichte, einen engen Kontakt an der Grenzfläche mit dem Festelektrolyten aufrechtzuerhalten, selbst wenn sich die Kathode während des Zyklus ausdehnte und zusammenzog."
Stabil und leistungsstärker
Die organische Kathode - bekannt als PTO - für Pyren-4,5,9,10-tetraon bietet viele Vorteile gegenüber früheren anorganischen Kathoden. "Wir haben zum ersten Mal festgestellt, dass die Widerstandsgrenzfläche, die sich zwischen der Kathode und dem Elektrolyten bildet, dies kannumgekehrt werden, "Yao sagte. "Das kann zu Stabilität und längerer Lebensdauer beitragen."
Yao ist außerdem Hauptforscher am Texas Center for Superconductivity an der UH. Seine Forschungsgruppe konzentriert sich auf umweltfreundliche und nachhaltige organische Materialien zur Energieerzeugung und -speicherung. Die Reversibilität der Schnittstelle ist der Hauptunterschied bei der neuen Batterie. Diese Agilität ermöglichtdamit die Festkörperbatterie eine höhere Energiedichte erreicht, ohne die Lebensdauer zu beeinträchtigen.
Die Aufrechterhaltung eines engen Kontakts zwischen dem Elektrolyten und der starren Kathode, wenn sich die Kathode während des Batteriezyklus ausdehnt und zusammenzieht, war in der Vergangenheit ein Problem. Die neue Forschung zeigt jedoch, dass die organische Kathode dieses Problem lösen kann.
Die organische Kathode ist viel geschmeidiger und kann jederzeit Kontakt mit der Grenzfläche halten, wodurch die Lebensdauer des Zyklus verbessert wird. Die Forscher sagten, der Kontakt sei über mindestens 200 Zyklen konstant geblieben. “Wenn Sie einen zuverlässigen Kontakt zwischen Elektrode und Elektrolyt haben, werden Sie dies tunhaben eine große Chance, eine Hochleistungs-Festkörperbatterie zu entwickeln ", sagte Fang Hao, Doktorand und Teil von Yaos Team.