Kurzbeschreibung des Materials zur Verdoppelung der Lagerung von Lithiumbatterien

Massenproduzierte Lithium-Ionen-Batterien setzen seit vielen Jahren auf Graphit und Kupfer als Anoden. Seit Jahren suchen Forscher nach alternativen Materialien, mit denen die Einschränkungen dieser Materialien überwunden werden können, einschließlich kostenintensiver Produktion und begrenzter Speicherkapazität (Silizium kann beispielsweise das Zehnfache der Energie speichern, obwohl dies eine weitere Reihe von Problemen aufwirft).

Das Erzeugen der Stromanode ist ein mühsamer mehrstufiger Prozess, bei dem Graphit mit Kupferfolie beschichtet wird. Wie Karl Kreder, Materialwissenschaftler an der University of Texas in Austin und Hauptautor der neuen Forschung, jedoch erklärt, kann dies in Bezug auf Herstellungsprozesse und die Batterie selbst zu Ineffizienz führen.

Kreder sagte: "Das aktive Material (Graphit) wird also auf die Oberseite des inerten Kollektors (Kupfer) aufgetragen. Dies erhöht das Volumen des Systems und die Qualität inaktiver Materialien. Durch die Kombination von Kollektor und aktiven Materialien werden aktive Materialien mit höherer Kapazität hergestellt kann verwendet werden, während weniger inaktive aktuelle Sammlungsmaterialien verwendet werden. "

Kreder und sein Team haben dies durch eine vereinfachte Herstellungsmethode erreicht, bei der der umständliche Beschichtungsprozess entfällt. Wenn Zinn in einen Block gegossen wird, kann Zinn direkt dem Aluminium zugesetzt werden, um eine Legierung zu bilden, die dann mechanisch (relativ kostengünstige und übliche metallurgische Legierungsverfahren) zu nanostrukturierter Metallfolie gewalzt werden kann. Im letzten Schritt werden die Partikel im Material reduziert, was entscheidend ist.

Kreder erklärte: "Zinn kann mit Lithium legiert werden. Wenn Zinnfolie oder sogar Zinnpartikel in Mikrometergröße verwendet werden, bricht Zinn leider, wenn es mit Lithium legiert wird, aufgrund der Volumenexpansion, was bedeutet, dass wenn es groß ist Zinnpellets stellen Batterien her, die nur Dutzende Lade- und Entladezyklen aushalten können. Wenn jedoch nanoskalige Zinnpartikel erzeugt werden, spalten sich die Partikel beim Legieren nicht. "

Die Forscher nannten das Material die Anode der Cross-Eutektic-Legierung (IdEA). Sie denken, dass die Dicke des Materials nur ein Viertel der Dicke des traditionellen Anodenmaterials beträgt und das Gewicht nur die Hälfte des Gewichts des traditionellen Materials beträgt. Sie testeten das Anodenmaterial in kleinen Lithium-Ionen-Batterien und luden es dann auf und entladen es, um die Leistung zu messen. Sie fanden heraus, dass die Anode doppelt so viel Strom speichern konnte wie eine herkömmliche Kupfer-Graphit-Anode.

Kreder sagte: "Der Grund dafür ist sehr gut, eines der Elemente ist aktiv, Zinn, das andere ist inert, Aluminium." Aluminium erzeugt eine leitfähige Matrix, in der das Zinn verbleibt, und Aluminium liefert Struktur und Leitfähigkeit, während Zinnlegierungen und Entlegierungen mit Lithium während des Batteriezyklus.

"Es ist wirklich aufregend, ein billiges, skalierbares Verfahren zur Herstellung von Elektroden-Nanomaterialien entwickeln zu können", sagte Araugam Manthiram, Direktor des Texas Institute of Materials, einer der Leiter des Teams. Unsere Ergebnisse zeigen, dass dieses Material hinsichtlich der für die Vermarktung von Lithium-Ionen-Batterien erforderlichen Leistungsmetriken erfolgreich war. ""

Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift ACSENEY LETTERS veröffentlicht.

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