Die neue Seifenbasierte Batterie ist weit effektiver... und sauberer
Wenn wir uns die Hände mit Seife waschen, bilden sich Strukturen, die als Mizellen bekannt sind, und entfernen Fett, Schmutz und Keime. Die Seife wirkt als eine Art Brücke zwischen Wasser und Unreinheiten, indem sie diese in den Mizellen einschließt. Überraschenderweise wurde eine ähnliche Dynamik in Elektrolyten mit hoher lokalisierter Konzentration beobachtet, die für die Entwicklung langlebigerer Lithium-Metall-Batterien unerlässlich sind.
Professor Yue Qi von der Ingenieurschule der Brown Universität erklärt, dass das Ziel darin besteht, die Energiedichte der Batterien zu erhöhen, d.h. die Menge an Energie, die pro Zyklus gespeichert werden kann und die Lebensdauer der Batterie. Es geht darum, die Materialien herkömmlicher Batterien durch leistungsfähigere Alternativen zu ersetzen, die es beispielsweise ermöglichen würden, ein Telefon eine Woche lang zu betreiben oder mit einem Elektrofahrzeug 800 km weit zu fahren.
Die von den Wissenschaftlern des Idaho National Labors und des Pacific Northwest National Labors entwickelten konzentrierten Elektrolyte stellen eine Lösung für diese Herausforderung dar. Sie werden hergestellt, indem hohe Salzkonzentrationen in einem Lösungsmittel mit einem Verdünner gemischt werden, was die Fließfähigkeit des Elektrolyten und damit die Leistung der Batterie verbessert.
Bislang haben Labortests dieses Elektrolyten vielversprechende Ergebnisse gezeigt, aber ein vollständiges Verständnis des Vorgangs blieb noch im Dunkeln. Diese neue Studie liefert eine einheitliche Theorie, die erklärt, warum dieser Elektrolyt effektiver ist. Die Forscher, darunter Seniorwissenschaftler Bin Li vom Oak Ridge National Laboratory, entdeckten, dass in diesem Elektrolyten mizellenähnliche Strukturen entstehen, die eine ähnliche Rolle spielen wie die Seife, wobei das Lösungsmittel den Verdünner und das Salz bindet und das hochkonzentrierte Salz im Kern der Mizelle umgibt.
Dieses Verständnis ermöglicht es, optimale Verhältnisse und Konzentrationen für ideale Reaktionen in Batterien zu bestimmen. Es hilft, eines der Hauptprobleme bei der Entwicklung dieses Elektrolyten zu lösen, nämlich das richtige Gleichgewicht zwischen den drei Komponenten zu finden. Diese Arbeit bietet Richtlinien für die Herstellung von Elektrolyten mit hoher lokalisierter Konzentration, die nicht nur funktionell, sondern auch effektiver sind.
Forscher des Idaho National Laboratory haben diese Theorie in die Praxis umgesetzt und bestätigen bisher ihre Gültigkeit und Nützlichkeit zur Verlängerung der Lebensdauer von Lithium-Metall-Batterien. Sie sind begeistert von den Möglichkeiten der hohen lokalisierten Konzentration Elektrolyten, die aus ihrer Arbeit hervorgehen werden, obwohl noch bedeutende Fortschritte erforderlich sind, um den Engpass beim Design der Elektrolyte für Hochdichtebatterien zu überwinden.
Qi betont, dass das Konzept der Mizelle, obwohl neu im Bereich der Elektrolyte, tatsächlich sehr gebräuchlich in unserem täglichen Leben ist. Nun verfügen sie über eine Theorie und Leitlinien, um die gewünschten Wechselwirkungen zwischen Salz, Lösungsmittel und Verdünner im Elektrolyt sowie die notwendigen Konzentrationen und das Mischverfahren zu erzielen.