Eines der Hauptprobleme bei Lithium-Ionen-Batterien besteht darin, dass sie mit der Zeit einen Teil ihrer Batterielebensdauer verlieren. Deshalb ist ihr Recycling so wichtig. Aber was wäre, wenn es einen Weg gäbe, sie wieder zum Leben zu erwecken? Und damit meine ich, sie so gut wie neu zu machen, ohne sie zu recyceln. Was wäre, wenn Sie sie nicht nur wieder zum Leben erwecken, sondern auch die Lebensdauer der Batterie um bis zu 30 % verlängern könnten?
Forscher der Stanford University und des SLAC National Accelerator Laboratory des Department of Energy könnten genau das getan haben. Nein, dies ist nicht der Anfang einer Zombie-Horror-Apokalypse-Geschichte, aber es ist ein potenziell revolutionärer Durchbruch.
Green Car Kongress berichtet, dass die Forscher möglicherweise einen Weg gefunden haben, wiederaufladbare Lithiumbatterien mit einer erhöhten Batterielebensdauer sowohl für Elektrofahrzeuge als auch für elektronische Geräte der nächsten Generation wieder zum Leben zu erwecken. Die Studie zum Werk ist erschienen in Natur.
Beim Kreislauf von Lithiumbatterien sammeln sie diese kleinen Taschen oder Inseln aus inaktivem Lithium, die von den Elektroden abgeschnitten sind. Dies verringert die Kapazität des Akkus, Ladung zu speichern. Betrachten Sie dies als totes Lithium. Das Forschungsteam fand heraus, dass sie das tote Lithium praktisch wie einen Wurm zu einer der Elektroden kriechen lassen, bis es sich wieder verbindet. Ein bisschen so, als würde man einen Zombie erschaffen, aber ohne all das Blut und Blut, aber mit dem zusätzlichen Vorteil, einen unerwünschten Prozess teilweise umzukehren.
Wenn eine Insel aus totem Lithiummetall zur Anode einer Batterie wandert und sich wieder verbindet, wird sie wieder zum Leben erweckt und fügt dem Stromfluss der Batterie Elektronen und Lithiumionen zum Speichern von Ladung hinzu. Die Forscher konnten die Insel in Bewegung setzen, indem sie Lithiummetall an einem Ende hinzufügten und es am anderen Ende auflösten . Sie fanden heraus, dass dieser zusätzliche Schritt die Degradation ihrer Testbatterie verlangsamte und gleichzeitig ihre Lebensdauer um fast 30 % verlängerte.
Die Studie wurde von Professor Yi Cui in Stanford und SLAC inspiriert. Cui ist außerdem Forscher am Stanford Institute for Materials and Energy Research (SIMES). Cui spekulierte, dass das Anlegen einer Spannung an die Kathode und Anode einer Batterie eine isolierte Lithiuminsel erzeugen könnte, die sich physisch zwischen den Elektroden bewegt. Dieser Vorgang wurde nun von seinem Team bestätigt.
Das Team entwickelte eine optische Zelle mit einer Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid-Kathode, einer Lithium-Anode und einer isolierten Lithium-Insel dazwischen. Das Testgerät ermöglichte es ihnen, in Echtzeit zu verfolgen, was in einer Batterie passiert, wenn sie verwendet wird. Sie fanden heraus, dass das isolierte Lithium nicht wirklich tot war und auf Batteriebetrieb reagierte. Beim Laden der Zelle bewegte sich die Insel langsam in Richtung Kathode. Beim Entladen kroch es in die entgegengesetzte Richtung weg. Cui beschrieb es als einen langsamen Wurm, der sich um Nanometer bewegt.
„Es ist wie ein sehr langsamer Wurm, der seinen Kopf vorwärts bewegt und seinen Schwanz einzieht, um sich Nanometer für Nanometer zu bewegen. In diesem Fall transportiert es, indem es sich an einem Ende auflöst und am anderen Ende Material ablegt. Wenn wir den Lithiumwurm in Bewegung halten können, wird er irgendwann die Anode berühren und die elektrische Verbindung wiederherstellen.“
Das Team validierte die Ergebnisse mit anderen Testbatterien und auch mit Computersimulationen. Sie zeigen, wie isoliertes Lithium in einer tatsächlichen Batterie durch Änderung des Ladeprotokolls wiederhergestellt werden kann. Fang Liu, Postdoc in Stanford und Hauptautor, sagte:
„Wir haben festgestellt, dass wir das abgelöste Lithium beim Entladen in Richtung Anode bewegen können, und diese Bewegungen sind bei höheren Strömen schneller. Also haben wir direkt nach dem Laden der Batterie einen schnellen Hochstrom-Entladeschritt hinzugefügt, der das isolierte Lithium weit genug bewegt hat, um es wieder mit der Anode zu verbinden. Dadurch wird das Lithium reaktiviert, damit es an der Lebensdauer der Batterie teilhaben kann. Unsere Ergebnisse haben auch weitreichende Auswirkungen auf das Design und die Entwicklung robusterer Lithium-Metall-Batterien.“
Hoffentlich werden wir in den kommenden Jahren mehr über diese Forschung und ihre Anwendung auf alle unsere batteriebetriebenen Geräte und Fahrzeuge erfahren.
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