Selbstreparierende Batterien

Eine Möglichkeit, hochkapazitive, langlebige Batterien herzustellen

21.05.2019 - Japan

Ingenieure der Universität Tokio erforschen ständig neue Wege zur Verbesserung der Batterietechnologie. Professor Atsuo Yamada und sein Team haben kürzlich ein Material entwickelt, das die Lebensdauer von Batterien deutlich verlängern und ihnen auch höhere Kapazitäten bieten kann.

Von Smartphones über Herzschrittmacher bis hin zu Autos - Batterien versorgen einen Großteil unserer Welt und ihre Bedeutung wächst weiter. Es gibt zwei besondere Aspekte von Batterien, von denen viele glauben, dass sie verbessert werden müssen, um unseren zukünftigen Bedarf zu decken. Dies sind die Langlebigkeit der Batterie und auch ihre Kapazität - wie viel Ladung sie speichern kann.

Die Wahrscheinlichkeit ist groß, dass Geräte eine Art von Batterie verwenden, die als Lithium-Ionen-Akku bezeichnet wird. Aber eine andere Art, die eher auf Natrium als auf Lithium basiert, könnte bald zum Alltag werden. Beide Arten von Batterien können eine große Menge an Ladung speichern und abgeben, dank der Art und Weise, wie die Bestandteile Elektronen umherleiten. Aber sowohl in Lithium- als auch in Natrium-Batterien können wiederholte Lade- und Nutzungszyklen die Speicherkapazität im Laufe der Zeit deutlich reduzieren.

Wenn Sie in eine typische Batterie hineinsehen könnten, würden Sie Schichten aus metallischem Material sehen. Beim Laden und Entladen von Batterien bauen sich diese Schichten ab und entwickeln Risse oder Abplatzungen - sogenannte Stapelfehler -, die die Fähigkeit der Batterien zur Lagerung und Abgabe der Ladung beeinträchtigen. Diese Stapelfehler entstehen, weil das Material durch eine schwache Kraft zusammengehalten wird, die Van der Waals-Kraft genannt wird, und die durch die Belastung der Materialien während der Ladung und des Gebrauchs leicht überwunden wird.

Yamada und Kollegen zeigten, dass, wenn die Batterie mit einem Modellmaterial - Sauerstoff-Redox-Schichtoxid (Na2RuO3) - hergestellt wird, etwas Bemerkenswertes passiert: Nicht nur der Abbau durch Lade- und Entladezyklen nimmt ab, sondern auch die Schichten reparieren sich selbst. Das Material, das die Forscher demonstrierten, wird von einer Kraft namens "coulombic attraction" festgehalten, die viel stärker ist als die Van der Waals-Kraft.

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Originalveröffentlichung

Benoit Mortemard de Boisse et al.; "Coulombic self-ordering upon charging a large-capacity layered cathode material for rechargeable batteries"; Nature Communications; 2019

https://www.chemie.de/news/1161124/selbstreparierende-batterien.html

Originalveröffentlichung

Benoit Mortemard de Boisse et al.; "Coulombic self-ordering upon charging a large-capacity layered cathode material for rechargeable batteries"; Nature Communications; 2019

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