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pte20220117005 Forschung/Entwicklung, Umwelt/Energie

Licht versetzt Batterien in den Turbo-Modus

Ionen werden beeinflusst und verändert den materiellen Zustand - Aufladezeit wird stark reduziert


Licht: Es verbessert Batterien und auch Brennstoffzellen (Foto: FelixMittermeier, pixabay.com)
Licht: Es verbessert Batterien und auch Brennstoffzellen (Foto: FelixMittermeier, pixabay.com)

Cambridge/München/Stanford (pte005/17.01.2022/06:15) -

Licht transportiert Energie. Es kann Elektronen anregen, sodass sie in einer Solarzelle zum nutzbaren elektrischen Strom werden. Auch kann es Ionen beeinflussen, wie Harry L. Tuller vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://mit.edu und Jennifer L.M. Rupp von der Technischen Universität München (TUM) http://tum.de glauben. Ionen wandern beispielsweise in Lithium-Ionen-Batterien und Brennstoffzellen. Dabei stoßen sie oft auf Hindernisse, etwa Korngrenzen in Festkörperelektrolyten. Diese sind prinzipiell sehr erwünscht, weil sie Brände und Explosionen unmöglich machen. Andererseits hemmen sie die Ionenwanderung, sodass das Laden und Entladen von Batterien sehr lange dauert.

Forscher machen Ionen Beine

Tuller und Rupp waren der Meinung, dass Licht Ionen anregt. Jetzt haben sie gezeigt, wie Licht genutzt werden kann, um Ionen zu beschleunigen. "Wir senken die Höhe der Barrieren, die die Teilchen überwinden müssen, mit Licht und können so den Ionenfluss um den Faktor drei verbessern. Wir gehen davon aus, dass wir das durch die Optimierung des Systems noch deutlich steigern können", so Tuller.

"Stellen Sie sich die Barriere als eine tiefe Schlucht zwischen zwei Bergen vor", sagt Thomas Deferriere, Doktorand der beiden Professoren. "Eine Person, die versucht, von einem Berg zum anderen zu kommen, steht vor einer schwierigen Wanderung. Stellen Sie sich jedoch vor, dass sich die Schlucht mit Wasser füllt. Plötzlich ist es viel einfacher, die Reise zu machen. Der Wanderer kann einfach ein Boot nehmen oder schwimmen." In der Parabel ist die Schlucht die Barriere, die es zu überwinden gilt und das Wasser das Licht, das sie senkt.

Integration in Geräte als Ziel

"Die Arbeit von Tuller und Kollegen zeigt, dass Licht den Engpass für das Durchkommen von Ionen bei Brennstoffzellen, Elektrolyseure und Batterien deutlich weiten können", bestätigt William Chuehvon von der Stanford University http://stanford.edu als neutraler Beobachter und ergänzt: "Diese faszinierende Entdeckung eröffnet die verlockende Möglichkeit, Licht zu nutzen, um Energiespeicher- und Umwandlungsgeräte zu verbessern, die normalerweise im Dunkeln arbeiten." Jetzt muss die Lichtquelle "nur" noch in die Geräte integriert werden.

(Ende)
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