Neuer Batterietyp kann 10x schneller aufgeladen werden als Lithium-Ionen-Modelle

(Emilm/Getty Images)

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus sind praktisch überall und versorgen alles mit Strom, von Smartphones bis zu Notebooks, von Ohrhörern bis zu Spielgeräten usw so viel mehr .

Aber während die Bequemlichkeit dieses allgegenwärtigen (und Nobelpreisträger ) Die Batteriechemie hat die Art und Weise, wie wir tragbare Technologie verwenden und laden, radikal verändert, Lithium-Ionen-Akkus sind jedoch alles andere als perfekt.

Die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien lässt mit der Zeit und manchmal nach Mängel in den Batteriezellen kann zu Überhitzung führen und gefährliche Brandgefahren – wobei Unternehmen manchmal ausstellen müssen dringende Rückrufe für Produkte, die das können ohne Vorwarnung explodieren .



Und wie jeder, der ein Smartphone, Tablet oder Laptop besitzt, bestätigen kann, kann das Aufladen von Lithium-Ionen-Akkus ein langsamer und zeitaufwändiger Vorgang sein. An dieser Front haben Wissenschaftler einige gute Neuigkeiten zu berichten.

Forscher in Russland haben eine neue Art von Batterietechnologie entwickelt, die ihrer Meinung nach etwa zehnmal schneller aufgeladen werden kann als bestehende Lithium-Ionen-Batterien – eine Geschwindigkeitssteigerung, die enorme zeitsparende Vorteile bieten könnte, wenn sie in Alltagsgeräten eingeführt würde.

„Eine aus unserem Polymer hergestellte Batterie lässt sich in Sekundenschnelle aufladen – etwa zehnmal schneller als eine herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie.“ sagt Elektrochemieforscher Oleg Levin von der Universität St. Petersburg. „Dies wurde bereits durch eine Reihe von Experimenten nachgewiesen.“

Der Schlüssel zu den neuen Batterien ist eine Art Nitroxyl-basierte Redox-Polymer , ein Material, das beim Entladen und Laden eine reversible Oxidation (Verlust von Elektronen) und Reduktion (Gewinn von Elektronen) eingehen kann.

In diesem Fall ist das verwendete Redoxpolymer eine synthetisierte Form von NiSalen (Nickel-Salen), einem metallhaltigen metallopolymer , bei dem Ketten aus Nickel- und Salenatomen als molekulare Drähte fungieren, um die Elektronenleitfähigkeit zu erhöhen, was eine Einschränkung von Polymerbatterien auf Nitroxylbasis darstellt.

„In Polymeren auf Nitroxylbasis ist der einzige Ladungstransportweg das Elektronenspringen zwischen benachbarten Redoxzentren, was im mikroskopischen Maßstab schnell ist“, erklären die Forscher in ihrer Studie.

„Trotzdem scheint die makroskopische Elektronenleitfähigkeit von Material auf Nitroxylbasis sehr gering zu sein.“

Bei Tests untersuchten die Forscher eine Reihe verschiedener Polymertypen, aber die NiSalen-Chemie erwies sich als einziges Gerät als stabil und effizient, dank der Art und Weise, wie die Nickel- und Salen-Strukturen als leitfähiges Rückgrat fungierten. Die Strukturen fungierten gleichzeitig als Ladungskollektor für Nitroxyl-Anhänger und unterstützten gleichzeitig die Redoxkapazität der Substanz.

Auch bei niedrigen Temperaturen funktioniert das Gerät gut, was man von temperaturempfindlichen Lithium-Ionen-Akkus nicht behaupten kann. Allerdings ist der schnelle NiSalen noch nicht unbedingt in allen Bereichen perfekt.

„Derzeit hinkt die Kapazität noch hinterher – 30 bis 40 Prozent weniger als bei Lithium-Ionen-Batterien“, sagt Levin .

„Wir arbeiten derzeit daran, diesen Indikator zu verbessern und gleichzeitig die Lade-Entlade-Rate beizubehalten.“

Theoretisch sollten Polymere auf Nitroxylbasis letztendlich ein gutes kapazitives Potenzial bieten. Daher ist es möglicherweise nur eine Frage der Zeit, bis das Team herausfindet, wie die Batterie so optimiert werden kann, dass sie neben einer attraktiven Leitfähigkeit auch einen guten Ladespielraum bietet.

Das ist zu hoffen, denn neben den Ladevorteilen gibt es noch weitere wesentliche Vorteile, die dieser Batterietyp mit sich bringen könnte.

„Die Verwendung ist sicher – es gibt nichts, was eine Verbrennungsgefahr darstellen könnte, im Gegensatz zu den heute weit verbreiteten kobaltbasierten Batterien [einschließlich Lithium-Ionen-Batterien]“, sagt Levin .

„Außerdem enthält es deutlich weniger Metalle, die umweltschädlich sein können.“ „Nickel ist in unserem Polymer in geringen Mengen vorhanden, aber deutlich weniger als in Lithium-Ionen-Batterien.“

Über die Ergebnisse wird berichtet Batterien und Supercaps .

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