Bäume liefern die Luft, die wir atmen, und jetzt, in einer interessanten Wendung, könnten sie auch dazu beitragen, unsere Elektronik anzutreiben. Ein Team von Forschern der Brown University und der University of Maryland hat ein neues Material entwickelt, das in Festkörpern verwendet werden kann-State-Batterien, um die Sicherheit und Leistung herkömmlicher Batterien zu verbessern, indem die normalerweise in Lithium-Ionen-Zellen verwendeten Flüssigkeiten ersetzt werden, eine Presseerklärung enthüllt.
Das fragliche Material ist eine Art Cellulose-Nanofibrille, die in Form von Polymer-Nanoröhren aus Holz vorliegt. Die Forscher fanden heraus, dass es mit Kupfer kombiniert werden könnte, um ein hauchdünnes Material mit einer Ionenleitfähigkeit zwischen 10 und 100 . herzustellenmal besser als andere Polymerionenleiter.
"Durch die Integration von Kupfer mit eindimensionalen Cellulose-Nanofibrillen haben wir gezeigt, dass die normalerweise ionenisolierende Cellulose einen schnelleren Lithium-Ionen-Transport innerhalb der Polymerketten bietet", sagte Liangbing Hu, Professor am Department of Materials Science der University of Marylandund Engineering. "Tatsächlich haben wir festgestellt, dass dieser Ionenleiter unter allen festen Polymerelektrolyten eine Rekordhohe Ionenleitfähigkeit erreicht."
Reduzierung der globalen Umweltauswirkungen von Elektronik
Obwohl flüssige Elektrolyte in Lithium-Ionen-Batterien im Allgemeinen gut funktionieren, haben sie auch ihre eigenen Probleme. Abgesehen von der Tatsache, dass sie aus giftigen, brennbaren Chemikalien hergestellt werden, können sie bei hohen Strömen auch Dendriten – winzige Fäden aus Lithiummetall – entwickeln, was zu Kurzschlüssen führt.Festkörperbatterien haben diese Probleme nicht und ihre Herstellung basiert auch nicht auf dem Abbau von Lithium-Ionen, was schlecht für die Umwelt.
Der neue Festelektrolyt hat eine ähnliche Ionenleitfähigkeit wie andere Festelektrolyte aus Keramik, und da er dünn und flexibel ist, neigt er nicht wie seine Keramik-Alternative zur Rissbildung bei Belastung. „Die Lithiumionen bewegen sich darinorganischer Festelektrolyt über Mechanismen, die wir typischerweise in anorganischen Keramiken finden, und ermöglichen die rekordhohe Ionenleitfähigkeit", sagte Qi. "Die Verwendung von Materialien, die die Natur bietet, wird die Gesamtauswirkungen der Batterieherstellung auf unsere Umwelt reduzieren."
Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Arbeit dazu beiträgt, die Massenproduktion von zu ermöglichen Festkörperbatterien, eine Technologie, die aufgrund ihrer höheren Energiedichte das Potenzial hat, die Nachhaltigkeit der Batterieproduktion zu verbessern und ihr gleichzeitig einen massiven Leistungsschub zu verleihen. Entscheidend ist, dass Zellulose-Nanofibrillen eine erneuerbare Naturfaser, was bedeutet, dass die Produktion des neuen Elektrolyten die natürlichen Ökosysteme, aus denen er stammt, nicht schädigen würde.