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© misis.ru | Symbolbild – Hohlstrukturiertes Cu0,4Zn0,6Fe2O4 als neuartiges negatives Elektrodenmaterial für Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien.

Neues Material soll Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien verdreifachen

Wissenschaftlern eines internationalen Forschungsteams und der Nationalen Universität für Wissenschaft und Technologie “MISIS” (NUST MISIS) ist es nach eigenen Angaben gelungen, die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen und ihre  Lebensdauer zu verlängern.

Dafür haben sie ein neues Nanomaterial synthetisiert, das den derzeit in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Graphit mit niedrigem Wirkungsgrad ersetzen kann. Die Ergebnisse der Forschung sind im Journal of Alloys and Compounds veröffentlicht.

Lithium-Ionen-Batterien sind in Haushaltsgeräten von Smartphones bis hin zu Elektrofahrzeugen weit verbreitet. Der Lade-Zyklus in einer solchen Batterie wird durch die Bewegung von Lithium-Ionen zwischen zwei Elektroden gewährleistet – von einer negativ geladenen Anode zu einer positiv geladenen Kathode. Der Anwendungsbereich von Lithium-Ionen-Batterien erweitert sich ständig, aber gleichzeitig, so die Wissenschaftler, sei ihre Kapazität immer noch durch die Eigenschaften des Hauptanodenmaterials Graphit begrenzt. Wissenschaftlern von NUST MISIS ist es gelungen, mit Cu0.4Zn0.6Fe2O4 ein neues Material für Anoden zu erarbeiten, das eine deutliche Kapazitätssteigerung und eine Verlängerung der Batterielebensdauer ermöglichen kann.

“Poröse nanostrukturierte Mikrokugeln mit der Zusammensetzung Cu0.4Zn0.6Fe2O4, die wir extrahiert haben, bieten als Anodenmaterial eine dreimal höhere Kapazität als die auf dem Markt befindlichen Batterien. Außerdem erlaubt es, die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen im Vergleich zu anderen vielversprechenden Alternativen zu Graphit um das Fünffache zu erhöhen. Diese Verbesserung wird durch einen synergistischen Effekt mit einer Kombination aus einer speziellen Nanostruktur und der Zusammensetzung der verwendeten Elemente erreicht”, – sagte Evgeny Kolesnikov, ein Assistent am Department of Functional Nanosystems and High-Temperature Materials, NUST MISIS.

Die Synthese des endgültigen Materials erfolgt durch den Einsatz der Sprühpyrolyse-Methode in einem einstufigen Prozess ohne Zwischenstufen. Wie die Wissenschaftler erklärten, wird eine wässrige Lösung mit Ionen spezieller Metalle mit Hilfe von Ultraschall in Nebel umgewandelt, und dann wird das Wasser bei Temperaturen bis zu 1200 ° C unter Zersetzung der ursprünglichen Metallsalze verdampft. Als Ergebnis werden mikro- oder submikroskopische Kugeln mit der Porosität gewonnen, die für den Betrieb in einem Lithium-Ionen-System erforderlich ist.

Elektrochemische Studien des von den NUST MISIS-Spezialisten synthetisierten Materials wurden von den Wissenschaftlern der Seoul National University of Science and Technology (Republik Korea), der Norwegian University of Science and Technology (Norwegen) und des SRM Institute of Science and Technology (Indien) durchgeführt. Das Forscherteam will auch in Zukunft nach neuen, noch effizienteren Zusammensetzungen von Batterieelektroden forschen.

Quelle

Der Bericht wurde von der Redaktion „SOLARIFY“ 2021 verfasst! 

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