Batterie der nächsten Generation: Zinn-Nanopartikel verbessern Aufladen und Haltbarkeit
Bislang stellt der Akku bei technischen Geräten wie Laptops, Smartphones oder Elektroautos ein limitierendes Element dar. Insbesondere schnellere Ladegeschwindigkeiten und eine längere Haltbarkeit sind zwei wichtige Punkte, die es bei den aktuellen Batterien zu verbessern gilt. Forschende der „Pohang University of Science and Technology” und des „Korea Institute of Energy Research” haben kürzlich eine neuartige Komposit-Anode vorgestellt, die diese Probleme optimieren soll.
Anstelle von Graphit nutzen die südkoreanischen Wissenschaftler Zinn-Nanopartikel, die in hartem Kohlenstoff eingebettet sind, als Elektrodenmaterial der Anode. Die kohlenstoffumschlossenen Zinn-Nanopartikel werden mittels eines Sol-Gel-Prozesses sowie einer chemischen Umwandlung (Reduktion) durch Erwärmung hergestellt. Durch diese chemische Herstellungstechnik entstehen gleichförmig verteilte Zinn-Nanopartikel innerhalb einer widerstandsfähigen Hartkohlenstoff-Matrix.
Die Forschenden berichten in der Fachzeitschrift ACS Nano von einer besseren strukturellen Stabilität und einer niedrigeren Ausdehnung des Volumens dank dieser Modifikationen gegenüber einer regulären Anode aus Graphit. Daraus resultiert eine höhere Energiedichte in den Vollzellen solcher Batterien, die außerdem mit einer optimierten elektrochemischen Kinetik einhergeht. Vereinfacht ausgedrückt können die diese neuartigen Batterien also schneller geladen werden und sind langlebiger.
Lithium-Ionen- und Natrium-Ionen-Batterien profitieren von Zinn-Nanopartikeln
Wird diese Elektrode mit Zinn-Nanopartikeln in hartem Kohlenstoff in Lithium-Ionen-Batterien genutzt, schafft die Batterie im Rahmen von 20-Minuten langen Schnellladungen mehr als 1.500 Ladezyklen. Und dabei ist die Energiedichte (auf das Volumen bezogen) anderthalbmal so hoch wie bei einer regulären Graphitanode. Auch beim Einsatz in Natrium-Ionen-Zellen besitzt die Batterie aufgrund der neuen Elektrodentechnologie eine gute Stabilität und schnelle Kinetik.
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