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Jun 09, 2023

Forschern gelingt es, ein Lithium aufzuladen

Elektrofahrzeuge sind unendlich umweltfreundlicher als gasbetriebene Fahrzeuge, haben sich aber noch nicht allgemein durchgesetzt. Eines der Probleme, die diesen Wandel bremsen, ist die Tatsache, dass Elektrofahrzeuge

Elektrofahrzeuge sind unendlich umweltfreundlicher als gasbetriebene Fahrzeuge, haben sich aber noch nicht allgemein durchgesetzt. Eines der Probleme, die diesen Wandel behindern, ist die Tatsache, dass das Aufladen von Elektrofahrzeugen lange dauert.

Das könnte sich bald ändern. Laut einem am Donnerstag veröffentlichten Bericht von TechXplore ist es einem Forscherteam, das mit mehreren Institutionen in China verbunden ist, gelungen, die Ladegeschwindigkeit eines Lithium-Ionen-Akkus auf eine Geschwindigkeit von 5,6 Minuten für eine 60-prozentige Ladung zu erhöhen. Diese beeindruckende Leistung gelang ihnen, indem sie der Anode der Batterie eine Kupferbeschichtung und Nanodrähte hinzufügten, um die Ordnung effektiv zu verbessern.

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Heutzutage bestehen die meisten Anoden aus Graphit und sind in einer ungeordneten Aufschlämmung aufgebaut, was keine praktische Methode zur Stromleitung darstellt. Darüber hinaus stellt die Art und Weise, wie die Materialien in den Anoden angeordnet sind, ein Problem im Zusammenhang mit der Spaltgröße zwischen ihnen dar.

Um diese Probleme bei der Beschleunigung des Ladevorgangs zu überwinden, konzentrierten sich die Forscher speziell auf die Anode. Folgendes haben sie getan:

„Sie führten zunächst theoretische Modelle auf Partikelebene durch, um die räumliche Verteilung unterschiedlich großer Partikel und die Elektrodenporosität zu optimieren. Anschließend nutzten sie die Erkenntnisse aus den Modellen, um Änderungen an einer Standard-Graphitanode vorzunehmen. Sie beschichteten sie mit Kupfer und fügten dann Kupfer-Nanodrähte hinzu.“ zur Aufschlämmung. Anschließend erhitzten und kühlten sie die Anode, wodurch die Aufschlämmung zu einem geordneteren Material komprimiert wurde“, erklärte TechXplore.

Nachdem sie ihre Anode aufgerüstet hatten, befestigten die Forscher sie an einer Standard-Lithium-Ionen-Batterie, um die Ladezeit zu messen. Sie waren beeindruckt, dass sie den Akku in nur 5,6 Minuten auf 60 % und in nur 11,4 Minuten auf 80 % aufladen konnten. (Die Forscher haben es vermieden, zu testen, wie lange es dauern würde, bis sie zu 100 % aufgeladen sind, da dies zu Schäden an solchen Batterien führen kann.)

Die Forscher machten keine Angaben dazu, wie viel eine solche Batterie kosten würde und wann sie möglicherweise produktionsreif sein könnte. Dennoch ist die Entwicklung für Elektrofahrzeuge überall spannend.

Die Studie wurde in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Abstrakt:

Extrem schnell aufladbare Lithium-Ionen-Batterien sind äußerst wünschenswert, um die Ladezeit für Elektrofahrzeuge zu verkürzen. Dies wird jedoch durch die schlechte Ladeleistung von Graphitanoden erschwert. Hier präsentieren wir ein bisher nicht beschriebenes Dual-Gradient-Strukturdesign für Partikelgröße und Elektrodenporosität in der Graphitanode, um eine extrem schnell aufladbare Lithium-Ionen-Batterie unter strengen Elektrodenbedingungen zu erreichen. Wir entwickeln eine polymerbindemittelfreie Aufschlämmungsroute, um diese bisher nicht beschriebene Dual-Gradienten-Struktur aus Partikelgröße und Porosität in der praktischen Graphitanode aufzubauen, die die extrem schnelle Ladefähigkeit mit 60 % Wiederaufladung in 10 Minuten zeigt. Auf der Basis einer Dual-Gradient-Graphitanode demonstrieren wir eine extrem schnell aufladbare Lithium-Ionen-Batterie, die eine Aufladung von 60 % in 6 Minuten und eine hohe volumetrische Energiedichte von 701 Wh pro Liter bei der hohen Laderate von 6 °C erreicht.

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