Mithilfe neuartiger Batterie-Elektroden

Doppelt so weit fahren, fünfmal so schnell laden

7. Oktober 2022, 13:58 Uhr | Ralf Higgelke
University of Texas at Austin, Lithium, Batteries
© University of Texas at Austin

Mithilfe eines Magnetfelds haben Forschende der University of Texas in Austin dicke Elektroden aus 2D-Material für Lithium-Ionen-Batterien hergestellt. Damit soll ein Elektroauto mit einer einzigen Ladung doppelt so weit fahren können und die Batterie sich fünfmal schneller laden lassen.

Zweidimensionale Materialien gelten gemeinhin als vielversprechende Kandidaten für sehr leistungsstarke Energiespeichersysteme, da sie um Ladung schnell transportieren können. »Bei leistungsstarken Batterien mit dicken Elektroden kann das Umstapeln von Nanoschichten als Grundelemente jedoch dazu führen, dass der Ladungstransport erheblich behindert wird«, erklärte Guihua Yu, Professor am Walker Department of Mechanical Engineering und Texas Materials Institute der University of Texas in Austin. »Dadurch wird es schwierig, sowohl hohe Energiedichten zu erreichen als auch schnell zu laden.«

Dickere Elektroden zwingen die Ionen in der Regel dazu, weitere Strecken durch die Batterie zurückzulegen, wodurch sich die Ladezeit erhöht. Weil diese Materialien typischerweise horizontal ausgerichtet sind, müssen die Ionen quasi wie in Serpentinen hin und her wandern.

Material mittels Magnetfeld neu ausrichten

Forschende an der UT Austin haben nun eine Lösung gefunden. Dazu stapeln sie das zweidimensionale Material zunächst, um die nötige Dicke zu erreichen. Anschließend manipulieren sie deren Ausrichtung mithilfe eines Magnetfelds. Das Forschungsteam verwendete während des Fertigungsprozesses handelsübliche Magnete, um eine Art Überholspur für Ionen auf ihrem Weg durch die Elektrode zu schaffen.

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Mithilfe eines Magnetfelds haben Forschende der University of Texas in Austin dicke Elektroden aus 2D-Material für Lithium-Ionen-Batterien hergestellt. Damit soll ein Elektroauto mit einer einzigen Ladung verdoppelt so weit fahren können und die Batterie sich fünfmal schneller laden lassen.

Sie verglichen ihre Elektrode nicht nur mit einer handelsüblichen Elektrode, sondern stellten auch eine horizontal angeordnete Elektrode aus denselben Materialien zu Kontrollzwecken her. Sie konnten die vertikal ausgerichtete dicke Elektrode in 30 Minuten auf 50 Prozent Energie aufladen, verglichen mit zwei Stunden und 30 Minuten mit der horizontal ausgerichteten Elektrode.

Die Forschenden betonten, dass sie mit ihrer Arbeit noch am Anfang stehen. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit untersuchten sie nur einen einzigen Typ von Batterieelektroden. Ihr Ziel ist es, ihre Methode der vertikal angeordneten Elektrodenschichten auf andere Arten von Elektroden aus anderen Materialien zu adaptieren. Dies könnte dazu beitragen, dass die Technik in der Industrie breitere Anwendung findet, um künftig schnell aufladbare, aber dennoch energiereiche Batterien für Elektroautos bereitzustellen.

Originalpublikation

Ju, Z., et al., Vertically assembled nanosheet networks for high-density thick battery electrodes, Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 119 | No. 40, https://doi.org/10.1073/pnas.2212777119


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