Die technologische Entwicklung von Lithiumbatterien hat seit vielen Jahren keine Durchbrüche gebracht, da es schwierig ist, die Materialsicherheit, Stabilität und schnelle Wiederholung von Ladung und Entladung zu gewährleisten, während gleichzeitig die Kapazitätsdichte erhöht wird. Lithiumkristallzweige: Diese scharfen, nadelartigen Strukturen können die Membran der Zelle durchdringen und einen Kurzschluss oder sogar einen Brand verursachen. Eine Möglichkeit, das Wachstum zu begrenzen, besteht darin, die Ladegeschwindigkeit der Batterie zu steuern. Ein solcher Kompromiss ist inakzeptabel.
Dieser Durchbruch in der Batterietechnologie konzentriert sich auf ein neues Anodenmaterial, das mit Kohlenstoff-Nanofilm beschichtet ist.
Die gute Nachricht ist, dass Wissenschaftler der Rice University einen guten Weg gefunden haben, um die Kapazität der derzeit weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien zu verdoppeln.
Früher verwendeten einige Laboratorien Kevlar-Fasern, um das Wachstum von Kristallzweigen zu begrenzen oder um einen neuen Elektrolyttyp (eine chemische Lösung, die eine Ladung trägt) zu verwenden.
Das gleiche Forschungsteam der Rice University hat bereits im vergangenen Jahr eine Lithium-Metall-Batterie aus Asphalt entwickelt, die eine schnellere Ladegeschwindigkeit aufweist und resistenter gegen Kristallzweige ist.
Nun hat das Forscherteam mit der Einführung von Kohlenstoff-Nanofilmen einen weiteren Schritt unternommen: Es wird verwendet, um Lithium-Metall-Anoden für Batterien zu beschichten, mit denen Kristallzweige besser eingetaucht werden können, ähnlich wie das Halten schwerer Gegenstände auf Rasenflächen, um Unkraut zu unterdrücken.
Vergleichstabelle: Die rechte Seite ist eine Metallanode ohne Kohlenstoffnanoröhrenfilm zur Begrenzung der Lithiumkristallverzweigung.
Dieser Film absorbiert Lithiumionen von der Anode und verteilt sie während des Ladevorgangs, was sich jedoch nicht auf die Laderate der Batterie auswirkt. Forschungskoautor Rodrigo Salvatierra sagte:
Die Rolle des Kohlenstoffnanoröhrenfilms besteht darin, das abgeschiedene Lithiummetall auszubreiten, um eine glatte Schicht ohne Kristallzweige zu bilden.
Solche Verbesserungen begrenzen die Laderate solcher Batterien nicht und verwenden sogar das Laden und Entladen mit hoher Geschwindigkeit.
Nach dem Einsatz der neuen Komponenten für die Asphalt-Lithium-Batterien des vergangenen Jahres stellten die Forscher fest, dass sie nach mehr als 580 Zyklen das Wachstum der Kristalläste verhindern konnten, außerdem blieb die Coulomb-Effizienz der Batterie bei 99,8% und das Endprodukt war einfacher zu bauen.
Die Linke ist James-Chemiker James Tour, Absolventin Gladys López-Silva und Postdoc-Forscher Rodrigo Salvatierra.
Salvatierra erklärte jedoch: Im Vergleich zu den früheren Asphaltbatterien gibt es verschiedene Stellen.
Zunächst verwendeten wir einen Kohlenstoffnanoröhrenfilm, um die feste Lithiummetallfolie zu modifizieren, wobei diese beiden Materialien bereits für den Einsatz mit Batterien vorbereitet wurden.
Zweitens muss in aus Asphalt stammenden Elektroden Lithiummetall elektrochemisch abgeschieden werden, um in einer vollständigen Batterieeinheit verwendet zu werden.
Letztendlich kann die Batterie mit dieser neuen Anode drei- bis fünfmal mehr Strom speichern als auf dem Markt erhältliche Produkte, selbst wenn sie einen Monat lang verbleibt, ist der Ladeverlust vernachlässigbar. Kann Lösung.
