Nonnenhorn schrieb 02.04.24, 17:24
Wissenschaftler machen bahnbrechende Entdeckung mit neuer wiederaufladbarer Batterie, um Lithium-Ionen zu ersetzen - und sie könnte die Kosten der Leistung drastisch senken
Mike Taylor
Sa, 30. März 2024 um 2:30 Uhr GMT+1·3 min read
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Wissenschaftler machen bahnbrechende Entdeckung mit neuer wiederaufladbarer Batterie, um Lithium-Ionen zu ersetzen - und sie könnte die Kosten der Leistung drastisch senken
Eine neue Entwicklung in der Batterieherstellung könnte die Kosten der Stromproduktion drastisch senken.
In einer Studie, die am 20. März in Joule veröffentlicht wurde, untersuchten Forscher, wie Mangan-Metallbatterien zu den besten Kandidaten gehören, um die herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie zu überholen, weil sie hohe Energiedichten und niedrige Kosten aufweisen, aber dass die Entwicklung eines erfolgreichen Produkts durch starke Wechselwirkungen zwischen Mangan und Lösungsmitteln, die Sauerstoff enthalten, behindert wurde.
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Die Forscher sagten, dass sie Schritte unternommen haben, um dieses Hindernis zu lösen - die erste nicht wässrige wiederaufladbare Manganmetallbatterie mit einem halogenvermittelten Elektrolyten zu schaffen, um eine hoch reversible Beschichtung und Strippen zu ermöglichen.
Bei der Auslegung ihres Arguments für den Wert von Manganmetallbatterien sagten die Wissenschaftler, dass Mangan reichlich vorhanden in der Erdkruste ist, stabil in der Luft, und "die größte theoretische volumetrische Kapazität bietet, die auf seinem Zwei-Elektronen-Transfer-Eigentum und seiner hohen Dichte basiert", was zu niedrigen Produktions- und -Speicherpreisen führt. Sie sagten auch, dass es "den niedrigsten Preis unter den häufig gemeldeten Metallanoden hat".
Frühere Studien, die sich "ausschließlich auf wässrige Elektrolytsysteme" konzentrieren, haben jedoch Probleme mit der Verträglichkeit von Mangananoden und Elektrolyten gezeigt, so die Studie.
Die Forscher skizzierten, dass sie auf "unhinderbare Systeme mit dem Potenzial zu steuern, eine hervorragende Manganabscheidung/Lösungseffizienz zu erreichen, während sie eine niedrige Polarisation beibehalten", da Manganablagerungen in wässrigen Elektrolytsystemen ohne eine große externe Polarisation "kaum auftreten können".
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Unter der Leitung von Wei Chen von der University of Science and Technology of China entwickelte das Team einen halogenvermittelten nicht wässrigen Elektrolyten, der verhindert, dass sich Dendriten auf der Anode bilden. Die Technologie ist "vollkommen kompatibel" mit Mangan und hält das Element davon ab, mit dem Elektrolyten zu reagieren, da es eine wässrige Lösung gemäß der Studie wäre.
Die Batterie hat einen Auflösungs-Depositions-Effizienz von mehr als 90% und "kann für über 1.000 h bleibend radeln".
"Manganese Ionen ... stellen eine halogenüberbrückte Clusterstruktur dar, die der Schlüssel zur Reduzierung der Manganablagerung über das Potenzial und die Vermeidung von Seitenreaktionen ist, wodurch ein stabiles Radfahren der Batterie gewährleistet wird", schrieben die Autoren. "... Es sollte darauf hingewiesen werden, dass diese halogenvermittelte Strategie auch Inspirationen für die Metall-Galvanisierungsindustrie auslösen kann, um die Energieeffizienz zu erhöhen, da [der Elektrolyt] das Überwinde über das Manganüberwindpotenzial stark verringert hat."
In der Zusammenfassung heißt es, dass diese Entwicklung "auch Licht auf andere multivalente Metallbatterien schnuppern wird".
Dies ist nur ein Beispiel, das zeigt, dass die Batterieforschung hüpft, da sogar Zementbatterien gedeiziert werden. Eine wiederaufladbare Option könnte nur zu "funktionellem Beton" führen, der die LEDs, Internetverbindungen und andere Grundlagen von Gebäuden antreiben könnte.
Andere Teams konzentrieren sich auf die Verbesserung der Lebensdauer von Elektrofahrzeugbatterien, und Unternehmen wie Lyten arbeiten daran, Batterien nachhaltiger zu machen.
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