Forschung -

Selbstreparierende Batterien bieten eine lange Lebensdauer

Ingenieure der University of Tokyo erforschen ständig neue Wege zur Verbesserung von Batterietechnologien. Professor Atsuo Yamada und sein Team entwickelte kürzlich ein Material, das die Lebensdauer von Batterien deutlich verlängert und ihnen auch höhere Kapazitäten bieten kann.

Von Smartphones über Herzschrittmacher bis hin zu Autos - Batterien versorgen einen Großteil unserer Welt mit Energie und ihre Bedeutung wächst weiter.

Es gibt zwei besondere Aspekte von Batterien, von denen viele glauben, dass sie verbessert werden müssen, um unseren zukünftigen Bedarf zu decken. Dies sind die Langlebigkeit der Batterie und auch ihre Speicherkapazität.

Die Wahrscheinlichkeit ist groß, dass ihre Geräte einen Batterietyp verwenden, der als Lithium-Ionen-Akku bezeichnet wird. Aber ein anderer Typ, der auf Natrium und nicht auf Lithium basiert, könnte bald zum Alltag werden.

Beide Batterietypen können eine große Ladungsmengen speichern und abgeben, dank der Art und Weise, wie die Bestandteile Elektronen umherleiten.

Aber sowohl in Lithium- als auch in Natrium-Batterien sind wiederholte Lade- und Nutzungszyklen in der Lage, die Speicherkapazität im Laufe der Zeit deutlich zu reduzieren.

Wenn man in eine typische Batterie sehen könnte, würde man Schichten aus metallischem Material sehen. Beim Laden und Entladen von Batterien bauen sich diese Schichten ab und entwickeln Risse oder Flocken - sogenannte Stapelfehler -, die die Speicher- und Abgabefähigkeit der Batterien mindern.

Diese Stapelfehler entstehen, weil das Material durch eine schwache Kraft zusammengehalten wird, die Van der Waals-Kraft genannt wird. Sie wird durch die Belastung der Materialien während der Ladung und Entladung sehr leicht überwältigt.

Das Team zeigte, dass, wenn die Batterie mit einem Modellmaterial - Sauerstoff-Redox-Schichtoxid (Na2RuO3) - hergestellt wird, etwas Bemerkenswertes passiert.

Nicht nur der Abbau durch die Lade- und Entladezyklen nimmt ab, sondern auch die Schichten reparieren sich selbst. Denn das Material, das die Forscher demonstrierten, wird von der coulombischen Anziehungskraft zusammengehalten, die viel stärker ist als die Van der Waals-Kraft.

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