Bessere Batterien dank Nanotubes
Schichten aus Carbon Nanotubes sollen die herkömmlichen Lithium-Ionen Batterien ersetzen. Das Resultat wären schnell wiederaufladbare Lithium-Metall Batterien.
Batterien mit Lithium-Metall als Anode haben einen signifikanten, limitierenden Faktor, der den Durchbruch bisher verhindert hat. Mit fortschreitender Lebensdauer einer solchen Batterie entstehen Auswüchse, so genannte Dendriten, welche irgendwann die Kathode erreichen und somit zum Versagen der Batterie führen. Dieses Problem beschäftigt viele Forscher weltweit und Forscher der Rice University haben nun erfolgreich Carbon Nanotubes (CNTs) eingebaut, welche die Entstehung der Dendriten verhindern können.
Batterien mit Lithium-Metall können viel schneller wieder aufgeladen werden und weisen erst noch eine höhere Energie pro Volumen auf, als die Lithium-Ionen Batterien, die wir in beinahe allen elektronischen Geräten finden – vom Handy zum Elektroauto. „Eine Möglichkeit, das Wachstum der Dendriten zu verhindern, ist die Dauer des Aufladens zu verlängern. Aber die meisten Leute möchten das nicht, es ist ihnen lieber, dass ihre Batterien schnell wieder aufgeladen sind“, erklärt Chemiker James Tour von der Rice University.
Laut Tour ist die Methode der Forscher einfach, kostengünstig und verhindert die Dendriten-Bildung sehr effizient. „Was wir gemacht haben, ist wahrlich einfach. Eine Folie aus Lithium-Metall wird einfach mit einer Schicht aus mehrwandigen CNTs versehen. Die beiden Komponenten wechselwirken miteinander. Das Lithium puscht die CNT-Schicht auf und die Schicht zerstreut die Lithium-Ionen.“
„Die Ionen verteilen sich in der gesamten CNT-Schicht“, ergänzt Rodrigo Salvatierra, Co-Autor der Studie.
Wenn die Batterie gebraucht wird, lässt die CNT-Schicht die gespeicherten Ionen frei und die darunterliegende Lithium-Anode füllt die freien Stellen wieder auf, wodurch die Entstehung von Dendriten verhindert ist. Dieser Effekt war über 580 Zyklen von Ent- und Aufladung der Batterie mit einer sulfurierten Kohlenstoff-Kathode im Labor zu beobachten. Laut dem Forschungsbericht behielt die Lithium-Metall Batterie während dieser Zeit 99.8% ihrer Effizienz (gemessen an der Fähigkeit der Elektronen sich frei im elektrochemischen System zu bewegen).
Die Ergebnisse wurden in Advanced Materials veröffentlicht.
Quelle (EN): https://nano-magazine.com/news/2018/10/26/nanotubes-may-give-the-world-better-batteries
Originalartikel (EN): https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201803869