Durchbruch bei Lithiumbatterien: 70% Ladung in 2 Minuten

Lithiumbatterien sind ein bekanntes elektronisches Produkt und werden häufig in Mobiltelefonen, Laptops und Elektrofahrzeugen verwendet. Der Ruf von Lithiumbatterien wird jedoch auch durch chronische Krankheiten wie lange Ladezeiten und kurze Lebensdauer beeinträchtigt. Das Forschungsteam der Nanyang University of Technology in Singapur hat einen neuen Typ von Schnellladebatterien entwickelt, der in zwei Minuten zu 70% aufgeladen werden kann und eine Lebensdauer von 20 Jahren hat, was dem Zehnfachen der aktuellen Batterielebensdauer entspricht.

Lithiumbatterien bestehen hauptsächlich aus positiven Materialien (wie Lithium-Kobalt-Sauerstoff), Elektrolyten und negativen Materialien (wie Graphit). Bei jeder Ladung werden Lithiumionen aus dem Lithium-Kobalt-Sauerstoffgitter des Kathodenmaterials entfernt und nach dem Elektrolyten in Schichtgraphit eingebettet. Beim Entladen werden Lithiumionen aus dem Gitter aus Schichtgraphit entfernt und nach dem Passieren des Elektrolyten in Lithiumkobaltsauerstoff eingebettet. Beim Laden und Entladen von Batterien werden Lithiumionen zwischen positiven und negativen Polen hin und her übertragen, sodass Lithiumbatterien auch als "Schaukelstuhlbatterien" bezeichnet werden. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler große Fortschritte bei der Entwicklung neuer Lithiumbatterien erzielt, insbesondere von Lithiumschwefel mit hoher Kapazität, Lithium-Sauerstoff-Batterien und Nanosiliciumbatterien. Aufgrund des komplexen Syntheseverfahrens, der hohen Kosten und der kurzen Lebensdauer sind viele Erfolge jedoch nicht weit verbreitet.

Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien können nicht schnell aufgeladen werden, hauptsächlich aufgrund der Sicherheitsleistung von Graphitelektroden. Wenn die Batterie funktioniert, bildet sich auf der Oberfläche der Elektrode eine Schicht aus festem Elektrolytfilm, die die "Schritte" von Lithiumionen blockiert. was wiederum den Transport von Lithiumionen verlangsamt. Geschwindigkeit. Die Innovation der neu erfundenen Lithiumbatterie besteht darin, dass anstelle eines herkömmlichen Graphitmaterials als Batterieelektrode ein ultralanges Titandioxid-Nanoröhrengel verwendet wird. Das neue Material bildet keine Elektrolytmembran, und Lithiumionen können schnell eingebettet werden, um einen schnellen Ladungseffekt zu erzielen. Gleichzeitig hat die neue Batterie dank der speziellen Struktur des eindimensionalen Titandioxid-Nanometergels einen Durchbruch im Leben erzielt, und die Anzahl der Zyklen kann Zehntausende erreichen. Unter der Annahme einer Ladung pro Tag kann sie länger als 20 Jahre verwendet werden. Darüber hinaus sind die in dieser Forschung verwendeten Titandioxid-Rohstoffe (allgemein als Titandioxid bekannt) kostengünstig und leicht zu verarbeiten, und die Batterie weist eine gute Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit auf. Es kann nahtlos mit vorhandenen Prozessen verbunden werden, und die Aussichten für industrielle Anwendungen sind sehr positiv.

Lithiumbatterien erschienen in den 1970er Jahren. 1991 veröffentlichte Sony seinen ersten kommerziellen lithium-akku und hat seitdem die Unterhaltungselektronik revolutioniert. Lithium-Ionen-Batterien sind weit verbreitet, aber ihre Lebensdauer und Lebensdauer wurden nicht effektiv beeinträchtigt, was auch die rasche Entwicklung von Elektrofahrzeugen und anderen Industrien eingeschränkt hat. Dieser neue technologische Durchbruch wird in vielen Bereichen große Auswirkungen haben. Im Bereich mobiler Geräte können neue Batterien die "erzwungene Beseitigung" einiger elektronischer Geräte vermeiden. Die Elektroautoindustrie wird ebenfalls stark davon profitieren, indem sie nicht nur die Ladezeit von einigen Stunden auf einige Minuten verkürzt, sondern auch den häufigen Austausch teurer Batterien (die etwa 10.000 US-Dollar kosten) überflüssig macht, was der weiteren Beliebtheit zugute kommt von Elektroautos.

Ein Engpass bei der aktuellen Entwicklung von Lithiumbatterien besteht jedoch darin, dass Sie, wenn Sie die Kapazität erhöhen möchten, die Ladegeschwindigkeit und die Lebensdauer opfern müssen und es schwierig ist, die Ladegeschwindigkeit zu erhöhen, um eine höhere Kapazität aufrechtzuerhalten. In Zukunft muss die Aufrüstung von Batterien einerseits die Sicherheitsleistung verbessern, beispielsweise die Untersuchung fester halbfester Elektrolyte. Andererseits ist es notwendig, die Entwicklung von Kathodenmaterialien mit großer Kapazität zu beschleunigen, um einen Durchbruch in der Energiedichte von Lithiumbatterien zu erzielen. Kurz gesagt, die positiven und negativen Pole von Batterien und Elektrolytmaterialien müssen gemeinsam entwickelt werden, damit sie hinsichtlich Form und Kapazität größere Fortschritte erzielen können.

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