Material aus Russland wird die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien verdreifachen

Vielversprechende Alternative zu Graphit

12.03.2021 - Russische Föderation

Den Wissenschaftlern der National University of Science and Technology "MISIS" (NUST MISIS), die Teil eines internationalen Forscherteams sind, ist es gelungen, die Kapazität zu erhöhen und die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu verlängern. Nach Angaben der Forscher haben sie ein neues Nanomaterial synthetisiert, das den heute in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Graphit mit niedrigem Wirkungsgrad ersetzen kann

Sergey Gnuskov/NUST MISIS

Evgeny Kolesnikov, Mitarbeiter in der Abteilung für funktionale Nanosysteme und Hochtemperaturmaterialien, NUST MISIS

Lithium-Ionen-Batterien sind in Haushaltsgeräten vom Smartphone bis zum Elektrofahrzeug weit verbreitet. Der Lade-Entlade-Zyklus in einer solchen Batterie wird durch die Bewegung von Lithium-Ionen zwischen zwei Elektroden ermöglicht - von einer negativ geladenen Anode zu einer positiv geladenen Kathode.

Der Anwendungsbereich von Lithium-Ionen-Batterien erweitert sich ständig, aber gleichzeitig, so die Wissenschaftler, ist ihre Kapazität immer noch durch die Eigenschaften von Graphit - dem wichtigsten Anodenmaterial - begrenzt. Wissenschaftlern von NUST MISIS ist es gelungen, ein neues Material für Anoden zu gewinnen, das eine deutliche Kapazitätssteigerung und eine Verlängerung der Batterielebensdauer ermöglichen kann.

"Poröse nanostrukturierte Mikrokugeln mit der Zusammensetzung Cu0.4Zn0.6Fe2O4, die wir extrahiert haben, bieten als Anodenmaterial eine dreimal höhere Kapazität als die auf dem Markt befindlichen Batterien. Außerdem erlaubt es, die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen im Vergleich zu anderen vielversprechenden Alternativen zu Graphit um das Fünffache zu erhöhen. Diese Verbesserung wird durch einen synergistischen Effekt mit einer Kombination aus einer speziellen Nanostruktur und der Zusammensetzung der verwendeten Elemente erreicht", -- sagte Evgeny Kolesnikov, ein Assistent am Department of Functional Nanosystems and High-Temperature Materials, NUST MISIS.

Die Synthese des endgültigen Materials erfolgt durch den Einsatz der Sprühpyrolyse-Methode in einem einstufigen Prozess ohne Zwischenstufen. Wie die Wissenschaftler erklärten, wird eine wässrige Lösung mit Ionen spezieller Metalle mit Hilfe von Ultraschall in Nebel umgewandelt, und dann wird das Wasser bei Temperaturen bis zu 1200 ° C unter Zersetzung der ursprünglichen Metallsalze verdampft. Als Ergebnis werden mikro- oder submikroskopische Kugeln mit der Porosität gewonnen, die für den Betrieb in einem Lithium-Ionen-System erforderlich ist.

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