Auf Basis von Natrium und Kalium in der Batterie hat sich eine günstige Energiespeicherung versprochen

Von einer einzigen Ladung über Hunderte von Kilometern Elektroautos bis hin zu leistungsstarken Kettensägen als Elektroautos - jedes Jahr gibt es neue Produkte auf dem Markt, die die Batterie voll ausnutzen und die jüngsten technologischen Entwicklungen nutzen.

Aber das Wachstum lässt die Menschen auf der ganzen Welt beunruhigen. Lithiumstrom Die Versorgung mit vielen neuen Arten von wiederaufladbaren Batteriekernmetallen könnte erschöpft sein.

Jetzt hat das Georgia Institute of Technology Researchers neue Beweise gefunden, die darauf hindeuten, dass diese Batterie voraussichtlich auf potenziellen Ersatzstoffen für Natrium- und Kaliumlithiumbatterien basiert.

"Bei Natrium- und Kaliumionenbatterien besteht eines der größten Hindernisse darin, dass sie tendenziell schneller zerfallen und abgebaut werden und weniger als die alternative Energie", so George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, sagte ein Assistenzprofessor Matthew McDowell, Materialwissenschaft und Ingenieurschule.

"Aber wir haben festgestellt, dass dies nicht immer der Fall ist", fügte er hinzu.

In der am 19. Juni im Journal of Joule veröffentlichten Studie, die von der National Science Foundation und dem US-Energieministerium finanziert wurde, untersuchte das Team die drei verschiedenen Arten von Ionen - Lithium, Natrium, Kalium und wie man mit den Eisenpartikeln Sulfid reagiert. auch bekannt als Pyrit und Narrengold.

Beim Laden und Entladen der Batterie reagieren Ionen und Partikel der Batterieelektrode und dringen in Partikel ein. Der Reaktionsprozess bewirkt eine große Volumenänderung der Elektrodenpartikel, die häufig in kleine Stücke zerlegt werden. Aufgrund der großen Natrium- und Kaliumionen als Lithium wird traditionell angenommen, dass sie mit der Reaktionszeit der Partikel in Zusammenhang stehen und einen signifikanteren Abbau verursachen.

In ihrem Experiment spielen im Elektronenmikroskop direkt beobachtete bei der Reaktion der Batterie interne Eisensulfidpartikel die Rolle von Batterieelektroden. Die Forscher fanden heraus, dass, wenn die Reaktion mit Natrium- und Kaliumeisensulfid stabiler als Lithium ist, die Batterielebensdauer auf Natrium- oder Kaliumbasis viel länger als erwartet sein kann.

Unterschiede sind zwischen verschiedenen Ionenreaktionen offensichtlich. Wenn sie Lithiumeisensulfidpartikeln ausgesetzt werden, explodieren sie fast unter dem Elektronenmikroskop. Im Gegenteil, wenn es Natrium und Kalium ausgesetzt wird, wirkt Eisensulfid wie ein Ballon.

MattheeBoebinger, Absolvent des Georgia Institute of Technology, sagte: "Wir haben eine sehr starke Reaktion, keine Risse - was darauf hindeutet, dass die Materialien und andere Materialien für die Batterie verwendet werden können und im Laufe der Zeit eine höhere Stabilität aufweisen.

Die Studie wirft auch Zweifel an der Idee auf, dass große Volumenänderungen bei elektrochemischen Reaktionen immer ein Vorläufer des Partikelbruchs sind, was zum Elektrodenversagen und zur Zelldegeneration führt.

Die Forscher glauben, dass die Reaktion verschiedener Ionen mit Eisensulfid ein möglicher Grund dafür ist, dass Lithium eher die Reaktion ist, die entlang des Korns der würfelförmigen scharfen Kante konzentriert ist, und dass die Reaktion von Natrium und Kalium stärker über die Oberfläche von Eisensulfid gestreut ist Teilchen von allen. Infolgedessen bildeten Eisensulfidpartikel bei der Reaktion mit Natrium und Kalium eine ovalere Form mit runden Kanten.

Es gibt zwar noch mehr zu tun, aber die neue Forschung könnte Wissenschaftlern helfen, Batteriesysteme unter Verwendung dieser neuen Materialien zu entwerfen.

"Die Lithiumbatterie ist jetzt immer noch die attraktivste, weil sie die höchste Energiedichte von - Sie können in diesem Raum voller Energie sein", sagte McDowell. "Natrium- und Kaliumbatterie zu diesem Zeitpunkt keine Dichte mehr, aber sie sind basierend auf der Erde mehr als 1000-mal mehr reichhaltige Lithium-lithium-batterieelemente. Infolgedessen ist ihre Zukunft für große energiespeicher möglicherweise viel billiger - für Privathaushalte oder für die künftige Bereitstellung eines Notstromnetzes. "

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