Ein Team von Ingenieuren der Universität Glasgow hat eine Batterie entwickelt, um Lithium-Ionen-Batterien umweltfreundlicher zu machen.
Lithium-Ionen-Batterien sindEine nützliche Kombination aus leichtem und kompaktem Formfaktor und der Fähigkeit, mehreren Lade- und Entladezyklen standzuhalten. Dies machte sie ideal für den Einsatz in einer Vielzahl von Geräten, einschließlich Laptops, Mobiltelefonen, Smartwatches und Elektrofahrzeugen.
Wie viele Batterien auch Lithium-Ionen-Batterieneine positive Elektrode enthalten, die häufig aus Lithium-Kobalt / Mangan-Oxid oder Lithium-Eisen-Phosphat besteht, und eine negative Elektrode, die häufig aus Lithium-Metall besteht. Während des Ladens fließen Lithiumionen durch den Elektrolyten von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode, wo sie gespeichert werden. Während des Gebrauchs fließen Ionen in die entgegengesetzte Richtung und erzeugen Energie, um Geräte durch eine elektrochemische Reaktion anzutreiben.
Eine der physischen Einschränkungen für die AnzahlDie Energie, die durch das Design von Lithium-Ionen-Batterien gespeichert und freigesetzt werden kann, ist die Dicke ihrer Elektroden. Dickere Elektroden begrenzen die Diffusion von Lithiumionen durch die Elektrode, wodurch die spezifische Energie von Lithiumionenbatterien begrenzt wird. Durch Erhöhen der Dicke der Elektroden wird auch ihre Verformungsbeständigkeit verringert, wodurch sie anfälliger für Risse werden. Sobald die Elektrode bricht, wird die Batterie unbrauchbar.
Entwickelt von Wissenschaftlern unter der Leitung der UniversitätGlasgow zielt darauf ab, ein besseres Gleichgewicht zwischen Größe und Oberfläche der Elektroden zu erreichen, indem winzige nanoskalige und mikroskalige Löcher oder Poren in ihr Design eingeführt werden. Durch Schneiden der Oberfläche und des Inneren der Elektroden mit Poren können sie die Oberfläche im Vergleich zu einer festen Elektrode mit den gleichen Außenabmessungen erheblich vergrößern.
Zu diesem Zweck verwendeten die Wissenschaftler die additive Fertigungstechnologie - den 3D-Druck. Ziel ist es, die Größe und Position jeder Pore in ihren Elektroden streng zu kontrollieren.
Sie haben ihren 3D-Drucker mit einem von ihnen entwickelten Material beladen, das Polymilchsäure, Lithiumeisenphosphat und Kohlenstoffnanoröhren kombiniert.
Was ist Polymilchsäure? PLA (PolyLactic Acid, Polylactid) ist ein aliphatisches thermoplastisches Polymer, das zu 100 % aus erneuerbaren Ressourcen wie Mais- und Kartoffelstärke gewonnen wird. Durch Polymerisation führt PLA zur Bildung von Poly(L-Milchsäure) (PLLA). Die chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser PLAs sind völlig identisch
Es ist biologisch abbaubar und erhöht die Recyclingfähigkeit der Batterie.
Batterie mit 300 Mikron Elektrode und Porosität70% zeigten die beste Leistung, wenn sie mit einer spezifischen Kapazität von 151 Milliampere-Stunden pro Gramm oder mAh / g getestet wurden. Dies ist ein Standardmaß dafür, wie viel Ladung eine Batterie aufnehmen kann. Dies ist etwa das Zwei- bis Dreifache der Leistung eines herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus mit einer festen Elektrode gleicher Dicke.
Die erhöhte Porosität und damit die größere Oberfläche der dicksten 300-Mikron-Elektrode beeinflusste auch die Batteriekapazität und stieg um 158%.
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