Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bald bessere Akkus?

21.09.2017

Hybride Indium-Lithium-Anoden mit raschem Grenzflächen-Transport von Ionen

Neuartige mit Indium beschichtete Lithium-Elektroden könnten Ausgangspunkt für leistungsfähigere, langlebigere Akkus sein.


Metallische Anoden verfügen über deutlich erhöhte Speicherkapazität gegenüber Graphitanoden.

(c) Wiley-VCH

Die Beschichtungen verhindern unerwünschte Nebenreaktionen der Elektrode mit dem Elektrolyten, sorgen für eine gleichmäßigere Abscheidung von Lithium während der Aufladung und erhöhen die Einlagerung in der Lithiumanode durch Legierungsreaktionen zwischen Lithium und Indium, wie amerikanische Wissenschaftler in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten. Erfolgsgeheimnis ist die gute Diffusion von Lithiumionen entlang der Grenzschicht.

Heutige Lithiumionen-Akkus enthalten meist Anoden aus Graphit, die Lithium eingelagern, wenn der Akku geladen wird. Eine interessante Alternative könnten Akkus mit metallischen Anoden, z.B. Lithium-Metall, sein, versprechen sie doch eine deutlich höhere Speicherkapazität.

Eine entscheidende Hürde für einen erfolgreichen Einsatz ist bislang die ungleichmäßige Abscheidung des Metalls während des Ladevorgangs, die zur Bildung von Verästelungen führt. Diese sogenannten Dendriten können nach längerem Gebrauch des Akkus so stark wachsen, dass sie den Akku kurzschließen. Außerdem kommt es zu unerwünschten Nebenreaktionen zwischen den reaktiven Metallelektroden und dem Elektrolyten, was die Lebensdauer des Akkus deutlich verringert.

Die Bildung einer stabilen passivierenden Schicht, die einen weiteren Kontakt unterbindet, wäre eine ideale Lösung – klappt jedoch nicht, denn während der ständigen Lade-Entlade-Zyklen expandiert und kontrahiert die Elektrode, die Schicht wird zerstört und das Metall dem Elektrolyten für weitere Reaktionen ausgesetzt. Ein anderer Ansatz sind künstliche Beschichtungen oder physikalische Barrieren.

Eine neuartigen Alternative stellen die Forscher sowie dem um Ravishankar Sundararaman vom Rensselaer Polytechnic Institute (Troy, USA) und Lynden A. von der Cornell University (Ithaca, USA) Archer jetzt vor: Mithilfe einer einfachen stromlosen Ionenaustausch-Chemie erzeugen sie Indium-Beschichtungen auf Lithium. Eintauchen in die Lösung eines speziellen Indium-Salzes genügt. Ein Teil des Indiums scheidet sich dann als Metall an der Oberfläche der Lithium-Elektrode ab und die Konzentration der Lithium-Ionen im Elektrolyten steigt entsprechend an.

Die Indiumschicht ist gleichmäßig und im Betrieb selbstheilend, wenn geringe Mengen des Indiumsalzes dem Elektrolyten beigegeben werden. Während der Lade-Entlade-Zyklen bleibt sie intakt, ihre chemische Zusammensetzung bleibt unverändert und Nebenreaktionen werden vermieden. Auch Dendriten tauchen nicht mehr auf, die Oberfläche bleibt glatt und kompakt.

Anhand von Modellrechnungen konnten die Forscher zeigen, warum ihre Methode so erfolgreich funktioniert: Lithiumionen sind nur sehr locker an die Indiumbeschichtung gebunden. Sie bilden eine Legierung mit dem Indium, dadurch können sie sich sehr rasch entlang der Schicht bewegen, bevor sie diese durchqueren und sich auf der darunterliegenden Lithiumelektrode abscheiden. In kompletten Zellen mit kommerziellen Kathoden arbeiteten die neuartigen Indium-Lithium-Hybridelektroden über mehr als 250 Zyklen stabil bei einem etwa 90%igen Erhalt der Kapazität.

Angewandte Chemie: Presseinfo 40/2017

Autor: Lynden Archer, Cornell University (USA), https://archergroup.cbe.cornell.edu/

Link zum Originalbeitrag: https://doi.org/10.1002/ange.201707754

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Seilzugsensor MH60 – erfolgreicher Einsatz in rauer Umgebung
20.04.2018 | WayCon Positionsmesstechnik GmbH

nachricht Treiber für Digitalisierung von Industrieanlagen: ABB, HPE und Rittal stellen Secure Edge Data Center vor
20.04.2018 | Rittal GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics