Über die Struktur von Spiralbatterien, die sofort aufgeladen werden können

Viele der aktuellen Batterien haben ähnliche Yin- und Yang-Doppelelektrodenstrukturen mit einer Nichtleiterisolation in der Mitte angenommen. Jetzt haben die Cornell-Ingenieure eine ungewöhnliche neue Struktur entwickelt, die verwobene Wirbelstrukturen verwendet und die Eigenschaften einer sofortigen Aufladung aufweist. Die neue Technologie basiert auf einem komplexen Satz poröser Formen - Gyroiden -, aus denen zuvor Graphen, ein "zweidimensionales Wundermaterial", hergestellt wurde.

Darüber hinaus verwendet die neue Batterie einen ultradünnen Kohlenstofffilm (obwohl er nicht mit Graphen verglichen werden kann), wobei ein Selbstorganisationsprozess namens "Blockcopolymer" verwendet wird.

Diese Spirale 24 auf Kohlenstoffbasis bildet die Anode der Batterie, die Tausende von Löchern mit einer Breite von jeweils etwa 40 nm enthält.

Diese Poren werden mit einer etwa 10 nm dicken Trennschicht, gefolgt von einer Schwefelkathode, beschichtet und schließlich mit einem leitfähigen Polymer namens PEDOT gefüllt, um den letzten Teil der Lücke zu füllen.

Jede Pore kann Energie speichern und übertragen, ähnlich wie bei einer Miniaturbatterie. Durch die Verteilung auf die große Oberfläche der Helix ist die Energiedichte der neuen Architektur jedoch viel größer als beim herkömmlichen Batteriedesign.

In der Praxis bedeutet dies, dass der Akku in Sekunden oder sogar schneller aufgeladen werden kann, sagen die Forscher! Ulrich Wiesner, leitender Forscher, erklärte:

Diese dreidimensionale Struktur eliminiert grundsätzlich alle Volumenverluste im Gerät.

Noch wichtiger ist, dass sich der Bereich der gegenseitigen Durchdringung auf die Nanoskala verengt hat, so dass wir die Energiedichte exponentiell erhöhen können.

Mit anderen Worten, Sie können Energie in kürzerer Zeit als bei der herkömmlichen Batteriestruktur erhalten.

Trotzdem ist das neue Design nicht ohne Mängel. Wenn der Akku geladen und entladen wird, dehnt sich der Schwefel aus und der PEDOT-Teil nicht. Letzteres wird sich im Laufe der Zeit allmählich abnutzen. Wiesner wies darauf hin:

Während sich der Schwefel ausdehnt, werden diese winzigen Polymere in Stücke gerissen. Wenn es sich wieder zusammenzieht, kann es nicht wieder verbunden werden. Dies bedeutet, dass ein Teil der 3D-Batterie nicht mehr verwendet werden kann.

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