Ein japanisches und australisches Team (Universitäten von New South Wales und Yokohama) gaben gerade bekannt, dass sie eine Festkörperbatterie entwickelt haben, von der sie sagen, dass sie buchstäblich ewig ist. Und jetzt eine Rückblende.
Diesen Sommer habe ich mit etwas Stolz darüber nachgedacht, dass mein Smartphone mittlerweile fast 4 Jahre alt ist. Biblische Zeiten heutzutage, dazwischen Geplante Obsoleszenz und kontinuierliche Updates, selbst minimale, die Sie fast dazu zwingen, Ihr Gerät alle 18 Monate (oder weniger) zu wechseln. Ich habe nicht wirklich darüber nachgedacht, es zu ändern, aber an einem heißen Tag im Juli ist die hintere Platte buchstäblich vor meinen Augen ausgeworfen worden. Ja, ausgeworfen, wie diese Jetpilotensitze, wenn man den Knopf drückt, um mit dem Fallschirm zu entkommen. Hä? Ganz einfach: Der Akku war überproportional angeschwollen, wodurch das Gerät „explodierte“. Es hätte Feuer fangen können, sagte mir der Reparaturmann.
Gut. Das ist schlecht. Weil dies ziemlich häufig vorkommt und wahrscheinlich viele von Ihnen Leser etwas Ähnliches erlebt haben. Was jedoch wirklich besorgniserregend ist, sind die Auswirkungen dieser schlechten Batterielebensdauer auf die Umwelt, insbesondere jetzt, wo wir diese Dinge überall unterbringen werden, in Häusern, um erneuerbare Energie zu sparen, und in praktisch allen Autos. Der „Heilige Gral“ in diesem Bereich besteht darin, eine Batterie zu finden, die viel länger hält und viel stabiler ist. Ich habe Ihnen von vielen Forschungen in dieser Richtung erzählt, und diese ist unglaublich.
Okay, Leute, ihr habt meine Aufmerksamkeit.
Eine Prämisse, bevor Sie in diese überraschende Forschung eintauchen, um zu verstehen, wovon wir sprechen. Die meisten von uns verwenden betriebene Batterien aus Lithium-Ionen, die zwei Elektroden (positiv und negativ) und einen gallertartigen Elektrolyt sowie einen Separator in der Mitte haben. Dieser Elektrolyt lässt die Ionen zu Lithium sich zwischen den Elektroden bewegen, wodurch die Batterie elektrische Energie speichern und abgeben kann. EIN Festkörperbatterie Es funktioniert ähnlich, verwendet jedoch einen festen Keramik- oder Glaselektrolyten. Diese dichteren Elektrolyte ermöglichen es Festkörperbatterien, mehr Energie zu speichern und schneller zu sein als Lithium-Ionen-Batterien. Aus diesem Grund eignen sie sich ideal für Elektrofahrzeuge mit großer Reichweite, batteriebetriebene Flugzeuge und sogar batteriebetriebene Schiffe.
Und nun der Schwachpunkt beider: die Dauer. Was geschieht? Warum „altern“ diese Batterien so? Ich versuche es kurz zu sagen. Manchmal können Lithiumionen in der positiven Elektrode „fremdartige“ Elektronen anziehen und absorbieren, wodurch sich Ablagerungen von rohem Lithiummetall bilden. Dieser Prozess kann die Menge der in der Batterie verfügbaren Lithium-Ionen verringern und somit ihre Gesamtkapazität verringern. Ein bisschen wie Cholesterin-Plaques in einer Arterie: Wenn sich diese Lithiumablagerungen (in Form von Dendriten) ansammeln, können sie einen katastrophalen Kurzschluss in der Zelle verursachen. Es passiert bei Lithium-Ionen-Batterien und derzeit noch katastrophaler bei Festkörperbatterien. Voila. Und mein Handy ist weg.
Ja, aber die ewige Batterie?
Hier sind wir. In der Forschung, die gerade in Nature veröffentlicht wurde (wie immer, werde ich sie Ihnen verlinken, wenn Sie mehr erfahren möchten: hier) gibt das Team bekannt, dass es eine positive Elektrode geschaffen hat, die so stabil ist, dass sie keine Lithiumablagerungen erzeugt, was bedeutet, dass eine Festkörperbatterie, die sie verwendet, praktisch nie an Leistung verliert. Um dies zu beweisen, bauten sie eine kleine 300-mAh-Zelle und testeten sie wiederholt. Nach 400 Ladezyklen hatte es immer noch buchstäblich gleiche Startleistung: Proportional ist es so, als hätte ein Tesla Model 3 LR 212.000 Kilometer (132.000 Meilen) zurückgelegt, ohne seine Ladekapazität zu verlieren. Normalerweise bauen sich Tesla-Zellen ab um 12 % nach dieser Distanz, Aber diese neue Elektrode scheint eine Zukunft mit viel, viel weniger Einschränkungen für unsere Batterien zu versprechen. Es eröffnet Szenarien, in denen sogar eine Batterie die Lebensdauer des Fahrzeugs, in dem sie untergebracht ist, überlebt und in ein neues Fahrzeug „wandert“.
Die Auswirkungen: viele und sehr wichtig
Heute, der Produktion von Elektrofahrzeugen und ihre Batterien haben eine hohe Umweltbelastung, einschließlich CO2-Emissionen für die Produktion und die notwendigen Extraktionsaktivitäten. Mit dieser neuen ewigen Batterie könnte die Elektrofahrzeugindustrie jedoch viel nachhaltiger werden. Dies würde große Spielräume für den Gebrauchtmarkt für Elektrofahrzeuge eröffnen, da auch solche mit hoher Kilometerleistung noch funktionsfähig wären. Mit anderen Worten: Jeder, unabhängig vom Budget, könnte ein Elektrofahrzeug fahren.
Was ist mit Netzbatterien? Sie sind derzeit eine wichtige Säule der Infrastruktur für erneuerbare Energien, ihre Lebensdauer ist jedoch begrenzt. Die Zellen funktionieren etwa 20 Jahre. Im Moment ist das kein Problem, da keine Netzbatterien älter als 20 Jahre sind, aber wenn wir mit dem Austausch beginnen, werden wir weitere COXNUMX-Emissionen und umweltschädlichen Bergbau verursachen. Mit einer praktisch ewigen Batterie wie der in Nature vorgestellten wird die Lebensdauer der Netzbatterien unbegrenzt sein, und dies wird die gesamten Kohlenstoffemissionen im bereits umweltfreundlicheren Bereich der erneuerbaren Energien erheblich reduzieren.
Zusammengefasst: Kann diese ewige Batterie die Welt verändern?
Ich würde ja sagen, auch wenn das Wort „ewig“ schlecht klingt und nicht wahr sein kann. Die aktuellen Daten zeigen uns, dass sich die Batterie nach einer ausreichenden Anzahl von Zyklen nicht um ein Jota bewegt hat, was aber nicht bedeutet, dass eine Batterie niemals ihre Kapazität erschöpfen wird. Und auf jeden Fall sind noch weitere Faktoren zu berücksichtigen: Wie lange dauert es beispielsweise, einen solchen Akku aufzuladen? Wie sicher ist es? Wie viel wird es kosten. Es ist leicht, ewig zu sagen.
Doch auch wenn wir rational bleiben, gibt es Grund zur Freude: Wenn diese Forscher, wie sie verkünden, einen Weg gefunden haben, unglaublich langlebige und energiedichte Batterien herzustellen, werden die Auswirkungen dieser Technologie tiefgreifende Auswirkungen haben unsere Zukunft und über unsere Bemühungen, die Welt zu retten ... von uns selbst.
