Telefone, Elektroautos, Raumstationen – für den Betrieb all dieser Geräte benötigen Sie hochwertige, leistungsstarke und
Wie funktioniert die Batterie der Zukunft?
Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung vonDarren Khan entwickelte unter Beteiligung von LG-Ingenieuren eine Hochleistungs-Festkörperbatterie mit einer Anode aus reinem Silizium. Sie wurde als Batterie der Zukunft bezeichnet, weil ihre Eigenschaften alle Analoga übertreffen.
Um eine solche Batterie zu erstellen, haben die Autorenkombiniert zwei Ansätze zur Herstellung von Batterien für Elektroautos, so verfügt die Batterie über einen Festkörperelektrolyten und eine Siliziumanode. Die resultierende Batterie wurde von einem internationalen Team getestet und als sicher bestätigt.
Es kann nicht nur in Elektroautos, sondern auch in Stromnetzen eingesetzt werden.
Warum entwickeln Wissenschaftler ständig neue Batterietypen? Was ist falsch an denen, die wir heute verwenden?
Am häufigsten verwenden wir Lithium-Ionen-Batteriensind überall zu finden: in Telefonen, Laptops, Kameras. Solche Batterien sind alles andere als ideal: Sie können Energie lange und in großen Mengen speichern, nutzen sich aber schnell ab, stellen im Einsatz auch hohe Anforderungen an die Temperatur und können regelmäßigen und starken Vibrationen nicht standhalten. Letzteres betrifft beispielsweise den Betrieb in Elektrofahrzeugen.
Das Problem ist, dass die KristallstrukturLithium-Ionen-Akkus werden bei jedem Lade-Entlade-Zyklus gewechselt. Dies bedeutet, dass die Anordnung der Atome, die zunächst die erforderliche Leistung erbrachte, eine andere wird.
Korrosion tritt auch in der Batterie auf.Jede Elektrode ist mit einem Stromkollektor verbunden, normalerweise ein Metall wie Kupfer für die Anode und Aluminium für die Kathode. Wenn dieses Verbindungselement beginnt, sich zu verschlechtern und zu kollabieren, verformt sich auch die Oberfläche des Stromkollektors. Daher kann das Metall, wenn es korrodiert ist, Elektronen nicht effizient bewegen.
Ein weiteres Problem moderner Batterien ist das Materialaus dem sie gemacht sind. Die meisten verwenden Kobalt – 60 % des weltweiten Kobaltangebots stammen aus dem Kongo, daher ist die Marktabhängigkeit extrem hoch und die weltweite Produktion könnte aufgrund von Importproblemen leiden.
Wenn Lithium-Ionen-Batterien nicht gut funktionieren, werden die neuesten Siliziumanodenbatterien sie ersetzen?
Ja, aber so einfach ist das nicht.Jede Technologie hat ihre Nachteile. Heute werden beispielsweise bei Tesla Silizium-Anodenbatterien verwendet. Laut Elon Musk hilft Silizium in Elektroautobatterien, die Reichweite um 6 % zu erhöhen. Außerdem haben solche Batterien eine relativ höhere spezifische Kapazität - sie beträgt etwa 3 600 mA * h / g.
Es gibt aber auch Probleme:Beispielsweise ist dieser Anodentyp instabil und kann daher im Betrieb gefährlich sein. Kommt es mit einem flüssigen Elektrolyten in Kontakt, ist Silizium nicht in der Lage, Energie gut zu speichern. In diesem Fall verliert der Elektromotor seine Leistung. Aus diesem Grund bestehen Batterien heutzutage nicht vollständig aus Silizium. Wenn der Prozentsatz gering ist, bleibt das Produktivitätswachstum minimal.
Welche anderen Batterien könnten in Zukunft in unseren Geräten vorkommen?
- Lithium-Kohlenstoff-Batterie
Die Ingenieure von Mahle zusammen mitDer Batteriehersteller Allotrope Energy hat eine neue Architektur für Lithium-Kohlenstoff-Batterien auf Basis von Superkondensatoren geschaffen. Die neue Batterie besteht aus einer Hochgeschwindigkeitsanode in Kombination mit einer Kathode. Beide Teile sind durch einen organischen Elektrolyten getrennt. Es kann Superkondensatoren schnell aufladen und Energie mit hoher Dichte speichern. Den Entwicklern gelang es, damit ein Elektromoped in 90 Sekunden aufzuladen.
- Lithium-Schwefel-Batterie mit Zucker
Die Autoren einer anderen wissenschaftlichen Arbeit schufen Lithium-SchwefelBatterie und Zucker verwendet, um es stabiler zu machen. Einige Stoffe auf Zuckerbasis können den Abbau in geologischen Sedimenten verhindern und auch starke Bindungen zwischen Sulfiden aufrechterhalten. Als Ergebnis zeigte der Akku mit Zucker eine Leistung von etwa 700 mAh/g und arbeitete über 1.000 Zyklen.
- Alkalimetall-Chlor-Batterie
Forscher der Stanford Universityeine Alkalimetall-Chlor-Batterie entwickelt: Sie basiert auf der umgekehrten chemischen Umwandlung von Natriumchlorid (Na/Cl2) oder Lithiumchlorid (Li/Cl2) zu Chlor. Die resultierende Zelle zeigte eine ziemlich hohe Entladungskapazität - 2 800 mA * h / g der Kathode. Aber nach dem ersten Nutzungszyklus hat sich die Kapazität halbiert. Trotzdem hat der Akku gut funktioniert.
Die Batterien der Zukunft werden daraus hergestelltgängige und leicht recycelbare Materialien und beginnen außerdem, Energie mit hoher Dichte zu speichern und sind nahezu korrosionsfrei. Bisher ist es Ingenieuren und Physikern noch nicht gelungen, die perfekte Formel für eine Batterie zu entwickeln, aber der Bedarf an effizienter Energiespeicherung wächst weiter, sodass wir noch viele weitere ungewöhnliche Lösungen in dieser Richtung sehen werden.
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