Die Entdeckung neuer Batterien wirft jahrzehntelange falsche Annahmen auf | 2020

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Anonim

Lithium-Ionen-Batterien sind in Geräten auf der ganzen Welt allgegenwärtig und reichen von Mobiltelefonen über Laptops bis hin zu Elektroautos. Bald könnte es jedoch einen neuen Batterietyp geben, der auf Materialien basiert, die weitaus häufiger und kostengünstiger sind.

Eine Kaliumionenbatterie hat sich als möglich erwiesen. Und das letzte Mal, als diese Möglichkeit untersucht wurde, war Herbert Hoover Präsident, die Weltwirtschaftskrise war in vollem Gange und die Babyentführung durch Charles Lindbergh war die große Neuigkeit des Jahres - 1932.

"Seit Jahrzehnten wird angenommen, dass Kalium nicht mit Graphit oder anderen Kohlenstoffanoden in einer Batterie arbeiten kann", sagte Xiulei (David) Ji, der Hauptautor der Studie und Assistenzprofessor für Chemie am College of Science von Oregon State University.

"Diese Annahme ist falsch", sagte Ji. "Es ist wirklich schockierend, dass seit 83 Jahren niemand mehr über dieses Problem berichtet hat."

Das Zeitschrift der American Chemical Society veröffentlichte die Ergebnisse dieser Entdeckung, die von den USA unterstützt wurdeEnergieministerium und in Zusammenarbeit mit den OSU-Forschern Zelang Jian und Wei Luo durchgeführt. Auch für die neue Technologie ist ein Patent angemeldet.

Die Ergebnisse seien von erheblicher Bedeutung, da sie neue Alternativen zu Batterien eröffnen, die mit etabliertem und kostengünstigem Graphit als Anode oder energiereichem Elektronenreservoir arbeiten können. Lithium kann das, als der Ladungsträger, dessen Ionen in den Graphit wandern und einen elektrischen Strom erzeugen.

Abgesehen von seiner Fähigkeit, gut mit einer Kohlenstoffanode zu arbeiten, ist Lithium jedoch ziemlich selten und macht nur 0,0017 Gewichtsprozent der Erdkruste aus. Aus diesem Grund ist es vergleichsweise teuer und schwer zu recyceln. Die Forscher haben ihre Leistung noch nicht mit kostengünstigeren und leichter verfügbaren Materialien wie Natrium, Magnesium oder Kalium vervielfältigt.

"Die kostenbedingten Probleme mit Lithium reichen aus, um mit Skaleneffekten nicht wirklich viel zu gewinnen", sagte Ji. "Bei den meisten Produkten sinken die Kosten, wenn Sie mehr davon herstellen. Bei Lithium könnte in naher Zukunft das Gegenteil der Fall sein. Wir müssen also Alternativen finden."

Diese Alternative, sagte er, könnte Kalium sein, das in der Erdkruste 880-mal häufiger vorkommt als Lithium. Die neuen Erkenntnisse zeigen, dass es mit Graphit oder Weichkohle in der Anode einer elektrochemischen Batterie effektiv arbeiten kann. Derzeit weisen Batterien, die auf diesem Ansatz basieren, keine Leistung auf, die derjenigen von Lithium-Ionen-Batterien entspricht, aber Verbesserungen in der Technologie sollten die Lücke schließen, sagte er.

"Man kann mit Sicherheit sagen, dass die Energiedichte einer Kaliumionenbatterie niemals die von Lithiumionenbatterien übersteigt", sagte er. "Aber sie bieten möglicherweise eine lange Lebensdauer, eine hohe Leistungsdichte und viel geringere Kosten und sind bereit, die Vorteile der vorhandenen Herstellungsverfahren für Kohlenstoffanodenmaterialien zu nutzen."

Die Speicherung elektrischer Energie in Batterien ist nicht nur für Verbraucherprodukte wie Mobiltelefone und Computer von entscheidender Bedeutung, sondern auch für den Transport, die Sicherung von Strom aus der Industrie, die Speicherung von Mikronetzen und die breitere Nutzung erneuerbarer Energien.

OSU-Beamte geben an, dass sie Unterstützung für die weitere Forschung und die Kommerzialisierung der neuen Technologie durch das OSU-Büro für Kommerzialisierung und Unternehmensentwicklung suchen.