Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Strom aus dem Ärmel geschüttelt

13.06.2014

Elastische drahtförmige Lithiumionen-Akkus mit hoher elektrochemischer Leistungsfähigkeit

Flexible Smartphones, „intelligente“ Armbänder oder Brillen mit eingebautem Computer: Damit diese Trends sich durchsetzen können, werden passende Stromquellen benötigt.


Forschern aus China ist jetzt die Herstellung drahtförmiger Lithiumionen-Akkus mit hoher Energiedichte gelungen, die dabei dennoch sicher sind. (c) Wiley-VCH

Chinesische Wissenschaftler haben jetzt einen drahtförmigen Lithiumionen-Akku entwickelt, der zwei Verbundgarne aus Kohlenstoffnanoröhren und Lithiumtitanoxid bzw. Lithiummanganoxid als Elektroden enthält. Wie die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, gelang es, die drahtförmigen Akkus zu leichten, flexiblen, dehnbaren und dabei sicheren Textil-Akkus mit hoher Energiedichte zu verweben.

Bisherige Ansätze, drahtförmige elektrochemische Superkondensatoren durch Verzwirbeln zweier faserförmiger Elektroden herzustellen, brachten keine ausreichende Leistungsfähigkeit, um auf den Markt zu kommen. Lithiumionen-Akkus erzielen wesentlich höhere Energiedichten, ließen sich bislang jedoch nicht als drahtförmige Varianten herstellen.

Neben anderen Hindernissen kommt hier das mit Lithiumionen-Akkus verbundene Sicherheitsproblem besonders zum Tragen. Ursache ist vor allem das so genannte dendritische Lithium, das beim Überladen entstehen kann, aus der Anode „herauswächst” und zu einem Kurzschluss führt. Die Akkus können sich dadurch entzünden. Für drahtförmige Akkus, die zudem während der Benutzung gedehnt, verdreht und gebogen werden, scheint dies besonders kritisch.

Dem Team von der Fudan University in Shanghai um Huisheng Peng ist jetzt die Herstellung drahtförmiger Lithiumionen-Akkus mit hoher Energiedichte gelungen, die dabei dennoch sicher sind. Erfolgsgeheimnisse sind der spezielle Aufbau sowie die gewählten Materialien. als Anode bzw. Kathode dienen zwei Fäden aus parallel ausgerichteten mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen, in die Lithiumtitanoxid (LTO)- bzw. Lithiummanganoxid (LMO)-Nanopartikel eingelagert sind.

Während des Aufladens werden Lithiumionen aus dem LMO-Gitter in den Elektrolyten übertragen und dann in das LTO-Gitter der Anode eingelagert. Beim Entladen findet der umgekehrte Prozess statt. Da das Einlagern von Lithium an der verwendeten LTO-Verbundelektrode bei etwa 1,5 V (gegen Li/Li+) stattfindet, ist das Risiko von Kurzschlüssen aufgrund von dendritischem Lithium nur sehr gering, sodass die Akkus sicher sind.

Die parallel angeordneten kontinuierlichen Kohlenstoffnanoröhrchen sind nicht nur Träger der Nanopartikel, sondern auch effektive Wege für den Ladungstransport und dienen als Stromabnehmer. Die zwei Elektroden-Fäden werden parallel angeordnet und durch eine Isolationsschicht getrennt und mit einer Art Schrumpfschlauch zusammengehalten.

Damit die Drähte dehnbar werden, können sie um einen elastischen Faden, z.B. aus Polydimethylsiloxan, gewickelt und mit einer dünnen Schicht eines Gelelektrolyten beschichtet werden. Weder wiederholtes Dehnen auf die doppelte Länge noch Tausende von Deformationszyklen beeinträchtigen die Kapazität der Akkus.

Die drahtförmigen Akkus lassen sich zu langen Fäden und diese zu einem Gewebe verflechten, das in Textilien eingearbeitet werden könnte.

Angewandte Chemie: Presseinfo 22/2014

Autor: Huisheng Peng, Fudan University, Shanghai (China), http://www.polymer.fudan.edu.cn/polymer/research/Penghs/member_en.htm

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201402388

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Renate Hoer | GDCh

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

nachricht Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
20.01.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff

20.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Ein neuer Index zur Diagnose einer nichtalkoholischen Fettlebererkrankung

20.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das Cockpit für Kühlgeräte

20.01.2017 | Energie und Elektrotechnik