Eine einfache, einstufige Methode zur Synthese von Elektroden für Lithiumphosphatbatterien wurde entwickelt. Die durch das resultierende Material bereitgestellte Energiedichte kann sich dem theoretischen Maximum annähern. Richtig, mit sehr langsamem Laden und Entladen.
Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus werden überall eingesetzt: in Mobiltelefonen, Laptops und vielen anderen Geräten; Einige Hersteller erwägen den Einsatz in Elektro- und Hybridfahrzeugen.
Die meisten der heute öffentlich erhältlichen Lithium-Ionen-Batterien werden aus Oxiden verschiedener Metalle hergestellt – zum Beispiel Kob alt, Nickel, Mangan. Wissenschaftler des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) haben die Möglichkeit untersucht, billigere und stabilere Phosphate anstelle von Oxiden zu verwenden. Ihre Arbeit wurde in Nano Letters veröffentlicht.
Obwohl Kob altoxid-Elektroden in Lithiumbatterien gut funktionieren, sind Kob alt und Nickel teurer als Mangan und Eisen. Batterien auf der Basis von Lithium und Eisenphosphat werden in einigen kommerziellen Arten von Solarzellen und Elektrowerkzeugen verwendet, aber der Prozess der Synthese von Materialien für Phosphatelektroden ist ziemlich kompliziert. Lithium/Manganphosphat (LPM, LiMnPO4) kann theoretisch eine der höchsten Energiedichten um 171 mAh pro Gramm Substanz liefern. Aber bisher war es nicht möglich, mehr als 120 mAh/g aus LPM-basierten Materialien herauszupressen.
Daiwon Choi, der die Studie leitete, setzte sich das Ziel, ein Material mit der am weitesten entwickelten Oberfläche zu schaffen, das den Leistungsverlust minimiert, wenn sich Elektronen in der Batterie bewegen. Dazu brauchte er eine Umgebung, in der die Ausgangssubstanz ordentlich dünne Kristalle bilden konnte.
Paraffin, dessen Moleküle lange Ketten sind, hilft in diesem Fall dabei, das Material in eine bestimmte Struktur zu bringen. Ölsäure (ein bei der Seifenherstellung verwendetes Tensid) fördert ein gleichmäßiges Kristallwachstum. Choi mischte LPM mit Paraffin und Ölsäure und erhöhte langsam die Temperatur, während die Kristalle wuchsen. Bei 400⁰C verdampften Paraffin und Ölsäure, und ein weiterer Temperaturanstieg bewirkte, dass sich die Kristalle vereinigten und „Platten“von etwa 50 nm Größe bildeten.
Nach einem Tag Laden und ebenso langsamem Entladen wies das Material eine gespeicherte Energiedichte von 150 mAh/g auf. Bei schneller Entladung (innerhalb einer Stunde) sank dieser Wert jedoch auf 117 mAh / g, was mit den Daten für üblicherweise in Batterien verwendete Materialien vergleichbar ist. Mit langsamem Laden und Entladen über zwei Tage haben wir es geschafft, uns dem theoretischen Maximum zu nähern und 168 mAh/g aus dem Material „herauszuquetschen“. Aber im Highspeed-Modus (eine Stunde laden, schnell entladen) konnte der Akku nur 54 mAh/g abgeben.
Trotz der Tatsache, dass solche "Geschwindigkeitseigenschaften" die Verwendung des resultierenden Materials in Verbraucherbatterien einschränken, sagt Choi, dass der Hauptwert der Arbeit die Schaffung einer einfachen Methode ist, die es Ihnen ermöglicht, eine Vielzahl von zu erforschen billige Materialien, die bisher als nicht geeignet für Lithium-Ionen-Batterien g alten. Das Team hofft, eines dieser Materialien modifizieren und seine Leistung deutlich verbessern zu können.
Und Forscher des MIT haben auf der Basis von Kohlenstoffnanoröhren ein nicht ganz so einfach zu beschaffendes, aber auch hochwirksames Material für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Lesen Sie darüber - "Wenn ich die Batterien wechsle".
Laut PNNL-Pressemitteilung
