Eine Lithium-Ionen-Batterie, die mit einem holprigen Anodenmaterial auf Kohlenstoffbasis hergestellt wurde, behielt ihre wiederaufladbare Speicherkapazität bei extremer Kälte bei.
Mit freundlicher Genehmigung von ACS Central Science.
Wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt fallen, müssen Handys häufig aufgeladen werden und Elektroautos haben kürzere Reichweiten. Dies liegt daran, dass die Anoden ihrer Lithium-Ionen-Batterien träge werden, weniger Ladung halten und schnell Energie verbrauchen. Um die elektrische Leistung bei extremer Kälte zu verbessern, berichten Forscher in ACS Central Science haben die herkömmliche Graphitanode in einer Lithium-Ionen-Batterie durch ein holpriges Material auf Kohlenstoffbasis ersetzt, das seine wiederaufladbare Speicherkapazität bis zu -31 °F beibehält.
Lithium-Ionen-Batterien eignen sich hervorragend für die Stromversorgung wiederaufladbarer Elektronik, da sie viel Energie speichern können und eine lange Lebensdauer haben. Aber wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt fallen, nimmt die elektrische Leistung dieser Energiequellen ab, und wenn die Bedingungen kalt genug sind, können sie keine Ladung übertragen. Das ist der Grund, warum einige Menschen, die im Mittleren Westen der USA leben, mitten im Winter Probleme mit ihren Elektroautos haben und warum es riskant ist, diese Batterien bei Weltraumforschungen zu verwenden. Kürzlich stellten Wissenschaftler fest, dass die flache Anordnung von Graphit in der Anode dafür verantwortlich ist, dass die Energiespeicherkapazität einer Lithium-Ionen-Batterie bei Kälte abnimmt. Daher wollten Xi Wang, Jiannian Yao und Kollegen die Oberflächenstruktur eines Materials auf Kohlenstoffbasis modifizieren, um den Ladungsübertragungsprozess der Anode zu verbessern.
Um das neue Material herzustellen, erhitzten die Forscher ein kobalthaltiges Zeolith-Imidazolat-Gerüst (bekannt als ZIF-67) auf hohe Temperaturen. Die resultierenden 12-seitigen Kohlenstoff-Nanokugeln hatten unebene Oberflächen, die hervorragende elektrische Ladungsübertragungsfähigkeiten zeigten. Dann testete das Team die elektrische Leistung des Materials als Anode mit Lithiummetall als Kathode in einer münzförmigen Batterie. Die Anode zeigte ein stabiles Laden und Entladen bei Temperaturen von 77 °F bis -4 °F und hielt 85,9 % der Energiespeicherkapazität bei Raumtemperatur knapp unter dem Gefrierpunkt. Im Vergleich dazu hielten Lithium-Ionen-Batterien, die mit anderen Anoden auf Kohlenstoffbasis hergestellt wurden, einschließlich Graphit und Kohlenstoff-Nanoröhrchen, bei Gefriertemperaturen fast keine Ladung. Als die Forscher die Lufttemperatur auf -31 °F senkten, war die aus holprigen Nanokugeln hergestellte Anode immer noch wiederaufladbar und gab während der Entladung fast 100 % der in die Batterie eingebrachten Ladung ab. Die Integration des holprigen Nanokugelmaterials in Lithium-Ionen-Batterien könnte die Möglichkeiten eröffnen, diese Energiequellen bei extrem niedrigen Temperaturen zu nutzen, sagen die Forscher.
Die Autoren würdigen die Finanzierung durch die Fundamental Research Funds for the Central Universities (China), die National Natural Science Foundation of China, das Ministry of Science and Technology of China, das Science and Technology Project of Guangdong Province, das Chemistry and Chemical Engineering Guangdong Laboratory und der Pekinger Jiaotong-Universität.
Das Abstract des Papers hier: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.2c00411.
Die American Chemical Society (ACS) ist eine vom US-Kongress gegründete gemeinnützige Organisation. Die Mission von ACS besteht darin, das breitere Chemieunternehmen und seine Praktiker zum Wohle der Erde und all ihrer Menschen voranzubringen. Die Gesellschaft ist weltweit führend bei der Förderung von Exzellenz in der naturwissenschaftlichen Bildung und dem Zugang zu chemiebezogenen Informationen und Forschungsergebnissen durch ihre zahlreichen Forschungslösungen, Fachzeitschriften, wissenschaftlichen Konferenzen, eBooks und wöchentlichen Nachrichtenzeitschriften Nachrichten aus Chemie und Technik. ACS-Zeitschriften gehören zu den am häufigsten zitierten, vertrauenswürdigsten und meistgelesenen in der wissenschaftlichen Literatur; ACS selbst führt jedoch keine chemische Forschung durch. Als führendes Unternehmen für wissenschaftliche Informationslösungen arbeitet seine CAS-Abteilung mit globalen Innovatoren zusammen, um Durchbrüche zu beschleunigen, indem das wissenschaftliche Wissen der Welt kuratiert, verknüpft und analysiert wird. Die Hauptniederlassungen von ACS befinden sich in Washington, DC, und Columbus, Ohio.
Sehen ursprüngliche Studie.
Schätzen Sie die Originalität von CleanTechnica? Erwägen Sie, Mitglied, Unterstützer, Techniker oder Botschafter von CleanTechnica zu werden – oder Gönner auf Patreon.
