Heute sind Lithium-Ionen-Batterien das Rückgrat der meisten elektronischen Geräte, einschließlich Elektrofahrzeuge.
Trotz all ihrer revolutionären Vorteile weisen diese Batterien immer noch einen inhärenten Fehler auf: die Dendriten mach es weniger stabil. Diese dünnen, tückischen, baumartigen Lithiumstücke bilden scharfe Spitzen, die schließlich die Batterie durchstoßen und Kurzschlüsse und andere Probleme verursachen.
Die Dendriten machen den Lithium-Ionen-Akku nicht nur weniger stabil, sondern auch weniger langlebig.
Um es milde auszudrücken, sie haben reichlich Raum für Verbesserungen.
Wissenschaftler wollten verstehen, wie sich Lithiumdendriten bilden, um herauszufinden, wie eine stabilere und langlebigere Batterie für Elektrofahrzeuge hergestellt werden kann.
Heute Forscher ausDie Harvard University sagt, sie haben die Antwort: eine Lithium-Metall-Batterie aus einem Festkörper-Metallmaterial anstelle von Lithium-Ionen. Eine stabile Batterie, die störende Dendriten beseitigt und eine größere Festigkeit und Haltbarkeit bietet als eine Batterie aus flüssigen oder Graphitmaterialien.
Aus mehr Gründen viel besser
"Unser mehrschichtiges Design hat die Struktur eines weniger stabilen Elektrolyten zwischen stabileren Festelektrolyten, wodurch das Wachstum von Lithiumdendriten verhindert wird", sagen die Wissenschaftler in der neuen Studie. veröffentlicht in Nature.
Eine stabile und "selbstheilende" Batterie
Wenn die Batterie hauptsächlich aus festen Materialien besteht, kann verhindert werden, dass sich Dendriten auf mehrere Arten bilden. Mechanisch ist es viel einfacher, eine dünne Metall- oder Keramikschale zu brechen, als beispielsweise eine feste Batterieanode zu durchdringen. Dieses Projekt geht noch einen Schritt weiter und berücksichtigt chemisch alle Risse mit "dynamisch erzeugten Zersetzungen". die potenzielle Dendriten füllen und blockieren.
Wie wird die stabile Metalllithiumbatterie hergestellt?
Stellen Sie sich die neue stabile Batterie als einen Hamburger mit Salat und Tomate vor: Brot ist die Lithiummetallanode, Salat ist Graphit, Tomaten sind der erste Elektrolyt und Speck ist der zweite Elektrolyt. Fügen Sie eine weitere Schicht des ersten Elektrolyten hinzu, bedecken Sie ihn mit einer Kathode und genießen Sie Ihre Mahlzeit.
Was könnte sich beim Wechsel von Lithium-Ionen- zu Lithium-Metall-Batterien ändern?
In einer perfekten Welt ist die Lithium-Metall-Batterie leichter, leistungsstärker und langlebiger. Leider war es bisher nicht möglich, eine stabile Version zu erhalten. Die Reduzierung oder Eliminierung der Dendritenbildung ist der Schlüssel zu jedem dieser Projekte. Sie ist es, die negative Ergebnisse stark reduziert. Harvard-Wissenschaftler testeten ihre Batterie für über 10.000 LadezyklenSie konkurrierten mit einem traditionellen (mit fossilen Brennstoffen betriebenen) Auto, aber sie hielten dort nicht an.
Sie fanden heraus, dass nach diesen 10.000 Zyklen ihr Design immer noch 82% der Ladung enthielt!
Mit dieser stabilen Batterie kann ein Elektroauto länger halten als ein "Fossil"
Diese Batterietechnologie könnte die Lebensdauer von Elektrofahrzeugen auf die von benzinbetriebenen Autos von 10 auf 15 Jahre verlängern, ohne dass die Batterie ausgetauscht werden muss. Mit seiner hohen Stromdichte könnte die Batterie den Weg für Elektrofahrzeuge ebnen, die innerhalb von 10 Minuten vollständig aufgeladen werden können.
Aus der Pressemitteilung der Harvard University
Was bedeutet das alles für die Zukunft von Batterien und Elektrofahrzeugen?
Wenn das Design wie vorgesehen funktioniert, kann es das auf dem Markt erhältliche Lithium-Metall-Batteriefach selbst öffnen. Bei Elektrofahrzeugen dominieren fast ausschließlich die Kosten für Batterien. Die Reduzierung von Pannen und Gewicht würde enorme Einsparungen bringen.
"Eine Lithium-Metall-Batterie gilt aufgrund ihrer hohen Kapazität und Energiedichte als der Heilige Gral für die Batteriechemie", sagt er. Xin Lee, ein Harvard-Forscher. "Dieses Proof-of-Concept-Projekt zeigt, dass Festkörper-Lithium-Metall-Batterien mit kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien konkurrieren können."
