Dienstag, Januar 25, 2022
StartTECHNOLOGIEBatteriedurchbruch verfünffacht Reichweite von Elektrofahrzeugen

Batteriedurchbruch verfünffacht Reichweite von Elektrofahrzeugen

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Wissenschaftler haben eine biologisch inspirierte Membran entwickelt, die die Ladekapazität von Elektroauto-Batterien verfünffachen und damit deren Reichweite massiv erhöhen könnte.

Ein Team der University of Michigan verwendete recyceltes Kevlar – das gleiche Material, das in kugelsicheren Westen verwendet wird –, um ein Netzwerk aus Nanofasern ähnlich einer Zellmembran herzustellen. Diese nutzten sie dann, um grundlegende Probleme mit einem Batterietyp der nächsten Generation, bekannt als Lithium-Schwefel, zu beheben.

Für den kommerziellen Einsatz in Elektrofahrzeugen reicht die Zyklenlebensdauer – also die Anzahl der Lade- und Entladevorgänge – trotz der Kapazitätsvorteile bisher nicht aus.

Lithium-Schwefel-Batterien können bis zu fünfmal so viel Ladung halten wie die branchenüblichen Lithium-Ionen-Batterien, die in Smartphones und Laptops bis hin zu Herzschrittmachern verwendet werden.

Die inhärente Instabilität der Kathoden von Lithium-Schwefel-Batterien, die bei jedem Ladezyklus eine Größenänderung von 78 Prozent erfahren, macht sie jedoch für den Einsatz in der Unterhaltungselektronik äußerst unpraktisch.

Der Fehler führt auch dazu, dass sie extrem schnell abgebaut werden, was bedeutet, dass sie viel häufiger ausgetauscht werden müssen als ihre stabileren Gegenstücke.

Das bahnbrechende Potenzial von Lithium-Schwefel-Batterien führt dazu, dass Forschungsinstitute auf der ganzen Welt sich beeilen, die Technologie rentabel zu machen, wobei sich frühere Durchbrüche auf die Verwendung einer flexiblen Kathode konzentrierten.

„Es gibt eine Reihe von Berichten, die mehrere hundert Zyklen für Lithium-Schwefel-Batterien beanspruchen, aber dies wird auf Kosten anderer Parameter erreicht: Kapazität, Laderate, Belastbarkeit und Sicherheit“, sagte Nicholas Kotov, Professor für chemische Wissenschaften und Ingenieurwissenschaften an der Die Universität, die die neueste Forschung leitete, veröffentlichte in Naturkommunikation.

„Die Herausforderung besteht heutzutage darin, eine Batterie herzustellen, die die Zyklenrate von den früheren 10 Zyklen auf Hunderte von Zyklen erhöht und mehrere andere Anforderungen, einschließlich der Kosten, erfüllt.“

Professor Kotov beschrieb das neue Design als „nahezu perfekt“, wodurch sich Kapazität und Effizienz an die theoretischen Grenzen von Lithium-Schwefel-Batterien annähern.

Die erwartete Lebensdauer von 1.000 Zyklen würde bedeuten, dass die durchschnittliche Autobatterie etwa alle 10 Jahre ausgetauscht werden müsste, während die verwendeten Materialien weitaus reichlicher und weniger umweltschädlich sind als bei Lithium-Ionen-Batterien.

„Das Erreichen von Rekordwerten für mehrere Parameter für mehrere Materialeigenschaften ist jetzt für Autobatterien erforderlich“, sagte der Professor. „Es ist ein bisschen ähnlich wie beim Turnen für die Olympischen Spiele – man muss rundum perfekt sein, einschließlich der Nachhaltigkeit der Produktion.“

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