17.06.2022 - University at Buffalo

Magnetisches Material könnte helfen, die Lebensdauer von Batterien zu überwachen

Forscher demonstrieren die Technik in einer Lithium-Ionen-Batterie

Eine neue Studie zeigt, wie ein magnetisches Material dabei helfen kann, die verbleibende Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie zu überwachen, bevor sie wieder aufgeladen werden muss.

Shenqiang Ren, Wissenschaftler und Ingenieur an der University at Buffalo, leitete das Projekt und erklärt, wie das System funktioniert.

Beim Laden und Entladen von Lithium-Ionen-Batterien fließen Lithium-Ionen von einer Seite der Batterie zur anderen. Aus diesem Grund hat Rens Team eine Lithium-Ionen-Batterie gebaut, die an einem Ende ein spezielles Material verwendet: eine Verbindung, deren Magnetismus sich ändert, wenn Lithium-Ionen ein- oder austreten. Dies ermöglicht es, den Ladezustand der Batterie zu messen, indem man die Veränderungen im Magnetismus des Materials verfolgt, sagt Ren.

Die Forschungsergebnisse wurden am 13. Juni in den Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS) veröffentlicht.

"Das Hauptziel dieses Projekts war die Arbeit an der Magneto-Ionik, die Ionen zur Steuerung des Magnetismus von Materialien verwendet. Wenn die Lithium-Ionen in das von uns verwendete Material eindringen oder es verlassen, ändert das Material seine Magnetisierung. Wir können den Magnetismus überwachen und dadurch indirekt auch die Lithium-Ionen - den Ladungszustand - überwachen. Wir glauben, dass dies ein neuer Weg ist, um eine genaue, schnelle und reaktionsschnelle Messung des Ladungszustands zu ermöglichen", sagt Dr. Ren, UB-Professor für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik und Chemie sowie Mitglied der Fakultät des UB RENEW Institute.

Zu den Autoren der Studie gehören neben Ren auch Yuguang C. Li, PhD, UB-Assistenzprofessor für Chemie; Fei Yao, PhD, UB-Assistenzprofessor für Materialdesign und -innovation; und Qimin Yan, PhD, Temple University-Assistenzprofessor für Physik. Yong Hu, ein UB-Doktorand im Bereich Maschinenbau, war der Erstautor.

Das magneto-ionische Material des Teams besteht aus Vanadium, Chrom und Cyanid mit einem Aqua-Liganden. In der PNAS-Studie werden die Eigenschaften der Verbindung beschrieben, die sie ideal für den Einsatz in wiederaufladbaren Batterien machen, und die Techniken erläutert, die die Wissenschaftler zur Messung des sich ändernden Magnetismus des Materials in einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie verwendet haben.

Weitere Koautoren der Studie waren Weiyi Gong vom Fachbereich Physik der Temple University, Sichen Wei vom Fachbereich Materialdesign und Innovation der UB sowie Saurabh Khuje, Yulong Huang und Zheng Li vom Fachbereich Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der UB. An der UB arbeitete eine Gruppe aus der School of Engineering and Applied Sciences, dem College of Arts and Sciences und dem RENEW Institute an dem Projekt mit.

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