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pte20211117002 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Anode aus Nickelniobat revolutioniert Akkus

Forscher ersetzen Graphit und erhöhen die Geschwindigkeit des Aufladevorgangs um Faktor zehn


Neue Nickelniobat-Anode mit regelmäßiger Kristallstruktur (Foto: utwente.nl)
Neue Nickelniobat-Anode mit regelmäßiger Kristallstruktur (Foto: utwente.nl)

Twente/Jülich/Wuhan (pte002/17.11.2021/06:05) -

Ersetzt man die Graphit-Anode einer Lithium-Ionen-Batterie durch eine aus Nickelniobat, lässt sie sich zehnmal schneller aufladen als die heute verwendeten Stromspeicher. Es handelt sich um eine Legierung aus dem allseits bekannten Metall Nickel und dem so genannte Übergangsmetall Niob. Die Idee, ein völlig neues Material einzusetzen, hatten Forscher um Mark Huijben, Professor für Ingenieurswissenschaften an der Universität Twente https://www.utwente.nl">https://www.utwente.nl in den Niederlanden, darunter Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich https://www.fz-juelich.de">https://www.fz-juelich.de und der Wuhan University of Technology http://english.whut.edu.cn/ in China.

[b]Langlebig trotz hoher Ladeströme[/b]

Extrem schnelles Laden von Batterien verkürzt meist die Lebensdauer oderbeschädigt die Anode. Beides passiert nicht, wenn Nickelniobat eingesetzt wird, so die Erfahrung der Entwickler. Die Batterieleistung kann noch deutlich verbessert werden, sei es für Elektrofahrzeuge oder für die Speicherung von überschüssigem Wind- und Solarstrom. Bisher müssen sich die Batterieforscher entscheiden, ob sie die Batterie für schnelles Laden und Entladen oder hohe Energiedichte optimieren wollen, die zu kompakteren und leichteren Batterien führt. In der Regel kommt es zum Kompromiss.

[b]Regelmäßige Kristallstruktur[/b]

Das neue Material verändert sich selbst nach vielen ultraschnellen Ladezyklen nicht, sodass die Kapazität der Batterie erhalten bleibt. Dies hat vor allem mit seiner regelmäßigen Kristallstruktur zu tun. Graphit dagegen leidet unter schnellem Laden. Seine Struktur verändert sich und letztlich wird die Anode so schwer geschädigt, dass die Batterie nicht mehr einsatzfähig ist. Zudem kann es passieren, dass sich Lithium auf den Graphit-Anoden ablagert, was ebenfalls die Funktion beeinträchtigt. All diese negativen Eigenschaften hat die Anode aus Twente nicht.

[b]Neue Anode funktioniert auch mit Natrium[/b]

Nickelniobat-Folien, wie sie für die Anoden benötigt werden, lassen sich, so die Entwickler, problemlos in der geforderten Güte herstellen. Reinraumatmosphäre ist nicht nötig. Die Forscher testeten Batterien mit der neuen Anode und unterschiedlichen Kathodenmaterialien, wie sie üblicherweise verwendet werden. In allen Fällen war die Neuentwicklung den bisherigen Akkus überlegen. Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass der neue Stromspeicher ideal wäre, um ihn in ein Energienetz, in elektrisch angetriebene Maschinen, die ein schnelles Laden und Entladen erfordern, und in Elektrofahrzeuge zu integrieren. Nickelniobat-Anoden könnten auch in künftigen Batterien eingesetzt werden, in denen das teure Lithium durch billiges Natrium ersetzt wird.

(Ende)
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Ansprechpartner: Wolfgang Kempkens
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