Forschung an Lithium-Ionen-Batterien - Research in lithium-ion batteries

Die Forschung an Lithium-Ionen-Batterien hat viele vorgeschlagene Verfeinerungen von Lithium-Ionen-Batterien hervorgebracht . Forschungsinteressen haben sich auf die Verbesserung von Energiedichte , Sicherheit, Leistungsfähigkeit, Zyklenfestigkeit, Flexibilität und Kosten konzentriert.

Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) werden in vielen Bereichen immer beliebter, auch für die Forschung an Lithium-Ionen-Batterien. Diese Verfahren wurden in allen Aspekten der Batterieforschung verwendet, einschließlich Materialien, Herstellung, Charakterisierung und Prognose/Diagnose von Batterien.

Anode

Anoden von Lithium-Ionen-Batterien werden am häufigsten aus Graphit hergestellt . Graphitanoden sind für ihren vollständig lithiierten Zustand auf eine theoretische Kapazität von 372 mAh/g beschränkt. Gegenwärtig wurden bedeutende andere Arten von Anodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien als Alternativen zu Graphit vorgeschlagen und bewertet, insbesondere in Fällen, in denen Nischenanwendungen neue Ansätze erfordern.

Einlagerungsoxide

Mehrere Arten von Metalloxiden und -sulfiden können Lithiumkationen bei Spannungen zwischen 1 und 2 V reversibel gegen Lithiummetall mit geringem Unterschied zwischen den Lade- und Entladeschritten interkalieren . Insbesondere beinhaltet der Mechanismus der Insertion, dass Lithiumkationen kristallographische Leerstellen im Wirtsgitter mit minimalen Änderungen der Bindung innerhalb des Wirtsgitters füllen. Dies unterscheidet Interkalationsanoden von Konversionsanoden, die Lithium durch vollständiges Aufbrechen und Bildung von Wechselphasen, normalerweise als Lithium , speichern . Umwandlungssysteme disproportionieren typischerweise zu Lithiumoxid und einem Metall (oder einem niedrigeren Metalloxid) bei niedrigen Spannungen, < 1 V gegenüber Li, und bilden das Metalloxid bei einer Spannung > 2 V um, zum Beispiel CoO + 2Li -> Co + Li 2 O.

Titandioxid

1984 berichteten Forscher von Bell Labs über die Synthese und Bewertung einer Reihe von lithiierten Titanaten. Von besonderem Interesse waren die Anatas- Form von Titandioxid und der Lithium- Spinell LiTi 2 O 4 Anatas hat eine maximale Kapazität von 150 mAh/g (0.5Li/Ti) beobachtet, wobei die Kapazität durch die Verfügbarkeit kristallographischer Leerstellen in der Rahmen. Der Brookit vom Polytyp TiO 2 wurde ebenfalls bewertet und als elektrochemisch aktiv befunden, wenn er als Nanopartikel mit einer Kapazität von etwa der Hälfte der von Anatas (0,25 Li/Ti) hergestellt wird. Im Jahr 2014 verwendeten Forscher der Nanyang Technological University ein Material, das aus einem Titandioxidgel abgeleitet ist, das aus natürlich kugelförmigen Titandioxidpartikeln gewonnen wurde, in Nanoröhren. Darüber hinaus kann ein nicht natürlich vorkommendes elektrochemisch aktives Titanat namens TiO 2 (B) durch Ionen hergestellt werden -Austausch gefolgt von Dehydratisierung des Kaliumtitanats K 2 Ti 4 O 9 . Dieses Schichtoxid kann in mehreren Formen hergestellt werden, darunter Nanodrähte, Nanoröhren oder längliche Partikel mit einer beobachteten Kapazität von 210 mAh/g im Spannungsfenster von 1.5–2.0 V (vs Li).

Niobate

2011 berichteten Lu et al. über eine reversible elektrochemische Aktivität im porösen Niobat KNb 5 O 13 . Dieses Material fügte ungefähr 3,5 Li pro Formeleinheit (ungefähr 125 mAh/g) bei einer Spannung nahe 1,3 V (gegen Li) ein. Diese niedrigere Spannung (im Vergleich zu Titanen) ist in Systemen nützlich, in denen eine höhere Energiedichte ohne signifikante SEI-Bildung erwünscht ist, da sie oberhalb der typischen Elektrolyt-Durchbruchspannung arbeitet. Ein hochratiges Titanniobat (TiNb 2 O 7 ) wurde 2011 von Han, Huang und John B. Goodenough mit einer durchschnittlichen Spannung nahe 1,3 V (gegen Li) beschrieben.

Übergangsmetalloxide

Im Jahr 2000 untersuchten Forscher der Université de Picardie Jules Verne die Verwendung von Übergangsmetalloxiden in Nanogröße als Konversionsanodenmaterialien. Die verwendeten Metalle waren Kobalt, Nickel, Kupfer und Eisen, die eine Kapazität von 700 mAh/g aufwiesen und die volle Kapazität für 100 Zyklen aufrechterhalten. Die Materialien arbeiten durch Reduktion des Metallkations entweder zu Metallnanopartikeln oder zu einem Oxid mit niedrigerem Oxidationszustand. Diese vielversprechenden Ergebnisse zeigen, dass Übergangsmetalloxide nützlich sein können, um die Integrität der Lithium-Ionen-Batterie über viele Entlade-Wiederauflade-Zyklen zu gewährleisten.

Lithium

Lithium - Anoden wurden für die ersten Lithium-Ionen - Batterien in den 1960er Jahren verwendet, bezogen auf das TiS
2
/Li
-Zellchemie, wurden jedoch schließlich aufgrund von Dendritenbildung ersetzt, die interne Kurzschlüsse verursachte und eine Brandgefahr darstellte. Die Bemühungen in Bereichen, die Lithium erforderten, wurden fortgesetzt, darunter geladene Kathoden wie Mangandioxid , Vanadiumpentoxid oder Molybdänoxid und einige Zelldesigns auf Polymerelektrolytbasis . Das Interesse an Lithium-Metall-Anoden wurde mit dem gestiegenen Interesse an Lithium-Luft-Batterie- und Lithium-Schwefel-Batteriesystemen mit hoher Kapazität wiederbelebt .

Die Forschung zur Hemmung der Dendritenbildung war ein aktiver Bereich. Doron Aurbach und Mitarbeiter an der Bar-Ilan University haben die Rolle von Lösungsmittel und Salz bei der Bildung von Filmen auf der Lithiumoberfläche eingehend untersucht. Bemerkenswerte Beobachtungen waren die Zugabe von LiNO 3 , Dioxolan und Hexafluorarsenatsalzen. Sie schienen Filme zu erzeugen, die die Dendritenbildung hemmen, während sie reduziertes Li 3 As als leitfähige Lithiumionen-Komponente einbauten.

Im Jahr 2021 kündigten Forscher die Verwendung von dünnen (20 Mikrometer ) Lithiummetallstreifen an. Über 600 Lade-/Entladezyklen konnten sie eine Energiedichte von 350 Wh/kg erreichen.

Nicht-graphitischer Kohlenstoff

In Konfigurationen von Lithium-Ionen-Batteriezellen werden verschiedene Formen von Kohlenstoff verwendet. Neben Graphit werden in Zellen schwach oder nicht elektrochemisch aktive Kohlenstoffarten wie CNTs, Ruß, Graphen , Graphenoxide oder MWCNTs verwendet.

Zu den jüngsten Arbeiten gehören 2014 Bemühungen von Forschern der Northwestern University, die herausfanden, dass metallische einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWCNTs) Lithium viel effizienter aufnehmen als ihre halbleitenden Gegenstücke. Wenn sie dichter gemacht werden, nehmen halbleitende SWCNT-Filme Lithium auf einem Niveau auf, das mit metallischen SWCNTs vergleichbar ist.

Es wurde gezeigt, dass die Wasserstoffbehandlung von Graphen- Nanoschaum- Elektroden in LIBs deren Kapazität und Transporteigenschaften verbessert. Chemische Synthesemethoden, die bei der Standardanodenherstellung verwendet werden, hinterlassen erhebliche Mengen an atomarem Wasserstoff . Experimente und Multiskalenrechnungen zeigten, dass die Wasserstoffbehandlung von defektreichem Graphen bei niedriger Temperatur die Geschwindigkeitskapazität verbessern kann. Der Wasserstoff interagiert mit den Graphendefekten, um Lücken zu öffnen, um das Eindringen von Lithium zu erleichtern und den Transport zu verbessern. Zusätzliche reversible Kapazität wird durch eine verstärkte Lithiumbindung in der Nähe von Kanten bereitgestellt, wo Wasserstoff am wahrscheinlichsten bindet. Rate Kapazitäten um 17–43 % bei 200 mA/g erhöht. 2015 verwendeten Forscher in China poröses Graphen als Material für eine Lithium-Ionen-Batterieanode, um die spezifische Kapazität und Bindungsenergie zwischen Lithiumatomen an der Anode zu erhöhen. Die Eigenschaften der Batterie können durch Belastung eingestellt werden. Die Bindungsenergie erhöht sich, wenn eine biaxiale Belastung ausgeübt wird.

Silizium

Silizium ist ein in der Erde reichlich vorhandenes Element und lässt sich relativ kostengünstig zu hoher Reinheit veredeln. Mit Lithium legiert hat es eine theoretische Kapazität von ~ 3.600 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g), was fast dem 10-fachen der Energiedichte von Graphitelektroden entspricht , die eine maximale Kapazität von 372 mAh/g für ihren vollständig lithiierten Zustand aufweisen LiC 6 . Eine der inhärenten Eigenschaften von Silizium ist im Gegensatz zu Kohlenstoff die Ausdehnung der Gitterstruktur um bis zu 400% bei vollständiger Lithiierung (Aufladung). Bei Bulk-Elektroden verursacht dies große strukturelle Spannungsgradienten innerhalb des expandierenden Materials, die unweigerlich zu Brüchen und mechanischem Versagen führen, was die Lebensdauer der Siliziumanoden erheblich einschränkt. Im Jahr 2011 stellte eine Gruppe von Forschern Datentabellen zusammen, die die Morphologie, Zusammensetzung und Herstellungsmethode dieser nanoskaligen und nanostrukturierten Siliziumanoden zusammen mit ihrer elektrochemischen Leistung zusammenfassten.

Poröse Silizium-Nanopartikel sind reaktiver als Bulk-Silizium-Materialien und neigen aufgrund der geringeren Größe dazu, einen höheren Gewichtsprozentsatz an Siliziumdioxid zu haben. Poröse Materialien ermöglichen eine interne Volumenerweiterung, um die Gesamtmaterialexpansion zu kontrollieren. Zu den Methoden gehören eine Siliziumanode mit einer Energiedichte von über 1.100 mAh/g und einer Lebensdauer von 600 Zyklen, bei der poröse Siliziumpartikel durch Kugelmahlen und Beizenätzen verwendet wurden. Im Jahr 2013 entwickelten Forscher eine Batterie aus porösen Silizium- Nanopartikeln . Unten sind verschiedene strukturelle Morphologien aufgeführt, die versucht wurden, Probleme mit den intrinsischen Eigenschaften von Silizium zu überwinden.

Silikonverkapselung

Als Methode zur Kontrolle der Fähigkeit von vollständig lithiiertem Silizium, sich auszudehnen und elektronisch isoliert zu werden, wurde 2016 über ein Verfahren zum Einschließen von Siliziumpartikeln mit 3 nm Durchmesser in eine Graphenhülle berichtet. Die Partikel wurden zuerst mit Nickel beschichtet . Graphenschichten beschichteten dann das Metall. Säure löste das Nickel auf und hinterließ genug Hohlräume im Käfig, damit sich das Silizium ausdehnen konnte. Die Partikel zerbrachen in kleinere Stücke, blieben jedoch innerhalb der Käfige funktionsfähig.

Im Jahr 2014 kapselten die Forscher Silizium- Nanopartikel in Kohlenstoffhüllen ein und kapselten dann Cluster der Hüllen mit mehr Kohlenstoff ein. Die Schalen bieten im Inneren genügend Platz, damit die Nanopartikel quellen und schrumpfen können, ohne die Schalen zu beschädigen, wodurch die Haltbarkeit verbessert wird.

Silizium-Nanodraht

Anorganisches Elektrodendesign aus porösem Silizium

Im Jahr 2012 berichteten Vaughey et al. über eine neue vollständig anorganische Elektrodenstruktur basierend auf elektrochemisch aktiven Siliziumpartikeln, die durch ein intermetallisches Cu 3 Si an ein Kupfersubstrat gebunden sind . Kupfer-Nanopartikel wurden auf Siliziumpartikel-Gegenständen abgeschieden, getrocknet und auf eine Kupferfolie laminiert. Nach dem Glühen wurden die Kupfernanopartikel miteinander und mit dem Kupferstromkollektor geglüht, um eine poröse Elektrode mit einem Kupferbindemittel zu erzeugen, sobald das anfängliche polymere Bindemittel ausgebrannt war. Das Design hatte eine ähnliche Leistung wie konventionelle Elektroden-Polymerbindemittel mit außergewöhnlicher Geschwindigkeitsfähigkeit aufgrund der metallischen Natur der Struktur und der Strompfade.

Silizium-Nanofaser

Im Jahr 2015 wurde ein Elektrodenprototyp demonstriert, der aus schwammartigen Silizium- Nanofasern besteht, die die Coulomb-Effizienz erhöht und die physikalischen Schäden durch Ausdehnung/Kontraktion von Silizium vermeidet. Die Nanofasern wurden durch Anlegen einer Hochspannung zwischen einer rotierenden Trommel und einer Düse erzeugt, die eine Lösung von Tetraethylorthosilikat (TEOS) aussendete . Das Material wurde dann Magnesiumdämpfen ausgesetzt . Die Nanofasern enthalten auf ihrer Oberfläche Nanoporen mit einem Durchmesser von 10 nm. Zusammen mit zusätzlichen Lücken im Fasernetz ermöglichen diese dem Silizium, sich auszudehnen, ohne die Zelle zu beschädigen. Drei weitere Faktoren reduzieren die Expansion: eine 1-nm-Hülle aus Siliziumdioxid; eine zweite Kohlenstoffbeschichtung, die eine Pufferschicht erzeugt; und die Fasergröße von 8–25 nm, die unter der Größe liegt, bei der Silizium zum Brechen neigt.

Herkömmliche Lithium-Ionen-Zellen verwenden Bindemittel, um das aktive Material zusammenzuhalten und es in Kontakt mit den Stromkollektoren zu halten. Diese inaktiven Materialien machen die Batterie größer und schwerer. Experimentelle bindemittelfreie Batterien skalieren nicht, da ihre Aktivmaterialien nur in kleinen Mengen hergestellt werden können. Der Prototyp kommt ohne Stromabnehmer, Polymerbindemittel oder leitfähige Pulverzusätze aus. Silizium macht über 80 Gewichtsprozent der Elektrode aus. Die Elektrode lieferte nach mehr als 600 Zyklen 802 mAh/g bei einem Coulomb-Wirkungsgrad von 99,9 Prozent.

Zinn

Lithium-Zinn- Zintl-Phasen , entdeckt von Eduard Zintl , werden seit mehreren Jahrzehnten als Anodenmaterialien in Lithium-Ionen-Energiespeichersystemen untersucht. Das System, das erstmals 1981 von Robert Huggins berichtet wurde, weist eine mehrphasige Entladungskurve auf und speichert ungefähr 1000 mAh/g (Li 22 Sn 5 ). Zinn und seine Verbindungen wurden ausführlich untersucht, aber ähnlich wie bei Silizium- oder Germanium- Anodensystemen wurden Probleme im Zusammenhang mit der Volumenausdehnung (verbunden mit der allmählichen Füllung von p-Orbitalen und der Insertion von essentiellen Kationen), der instabilen SEI-Bildung und der elektronischen Isolierung untersucht versuchen, diese Materialien zu kommerzialisieren. Im Jahr 2013 verwendeten Forscher der Washington State University zur morphologischen Variation Standard- Galvanisierungsprozesse , um nanoskalige Zinnnadeln herzustellen, die während des Ladens eine um 33% geringere Volumenausdehnung zeigen.

Intermetallische Einlegematerialien

Was Oxidinterkalations- (oder Insertions-) Anodenmaterialien betrifft, wurden ähnliche Materialklassen, bei denen das Lithiumkation in kristallographische Leerstellen in einem Metallwirtsgitter eingefügt ist, seit 1997 entdeckt und untersucht. beispielsweise Cu 6 Sn 5 , Mn 2 Sb, niedrigere Spannungen und höhere Kapazitäten wurden im Vergleich zu ihren Oxid-Gegenstücken gefunden.

Cu 6 Sn 5

Cu 6 Sn 5 ist eine intermetallische Legierung mit einer defekten Struktur vom NiAs- Typ. In der Nomenklatur vom NiAs- Typ hätte es die Stöchiometrie Cu 0.2 CuSn, wobei 0.2 Cu-Atome eine normalerweise unbesetzte kristallographische Position im Gitter besetzen. Diese Kupferatome werden beim Laden zu den Korngrenzen verschoben, um Li 2 CuSn zu bilden . Cu 6 Sn 5 hat sich aufgrund seiner hohen theoretischen spezifischen Kapazität, seiner Beständigkeit gegen Li-Metallisierung, insbesondere im Vergleich zu kohlenstoffbasierten Anoden, und Umgebungs Stabilität. Bei diesem und verwandten NiAs-Typ-Materialien erfolgt die Lithium-Interkalation durch einen Insertionsprozess, um die beiden kristallographischen Leerstellen im Gitter zu füllen, während gleichzeitig die 0,2 zusätzlichen Kupfer zu den Korngrenzen verdrängt werden. Bemühungen, das Hauptgruppenmetallgitter aufzuladen, um das überschüssige Kupfer zu entfernen, hatten nur begrenzten Erfolg. Obwohl bis auf die ternäre Lithiumverbindung Li 2 CuSn eine signifikante Strukturerhaltung festgestellt wird, führt eine übermäßige Entladung des Materials zu einer Disproportionierung mit Bildung von Li 22 Sn 5 und elementarem Kupfer. Diese vollständige Lithiierung geht mit einer Volumenexpansion von ca. 250 % einher. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Untersuchung von Legierungen und niedrigdimensionalen Geometrien, um mechanische Spannungen während der Lithiierung zu mindern. Es hat sich gezeigt, dass die Legierung von Zinn mit Elementen, die nicht mit Lithium reagieren, wie Kupfer, Spannungen reduziert. Für Anwendungen mit geringer Dimension wurden dünne Filme mit Entladekapazitäten von 1127 mAhg −1 hergestellt, wobei die Überkapazität der Lithiumionenspeicherung an Korngrenzen zugeordnet und mit Defektstellen verbunden ist. Andere Ansätze umfassen die Herstellung von Nanokompositen mit Cu 6 Sn 5 im Kern mit einer nicht reaktiven Außenhülle, SnO 2 -c-Hybride haben sich als effektiv erwiesen, um Volumenänderungen und Gesamtstabilität über Zyklen aufzunehmen.

Kupferantimonid

Die von der Cu 2 Sb-Typ-Struktur abgeleiteten geschichteten intermetallischen Materialien sind aufgrund des verfügbaren offenen Galerieraums und struktureller Ähnlichkeiten mit dem Entladungsprodukt Li 2 CuSb attraktive Anodenmaterialien . Erstmals im Jahr 2001 berichtet. Im Jahr 2011 berichteten Forscher über eine Methode zur Herstellung poröser dreidimensionaler Elektrodenmaterialien auf der Grundlage von galvanisch abgeschiedenem Antimon auf Kupferschäumen, gefolgt von einem Glühschritt bei niedriger Temperatur. Es wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeitskapazität durch Verringern der Lithium-Diffusionsdistanzen erhöht wird, während die Oberfläche des Stromkollektors erhöht wird. Im Jahr 2015 kündigten Forscher eine Festkörper-3D-Batterieanode an, die das galvanisierte Kupferantimonid (Kupferschaum) verwendet. Die Anode wird dann mit einem festen Polymerelektrolyten geschichtet, der eine physikalische Barriere bildet, über die Ionen (jedoch keine Elektronen) wandern können. Die Kathode ist eine Tintenaufschlämmung. Die volumetrische Energiedichte betrug bis zu doppelt so viel Energie wie bei herkömmlichen Batterien. Der Festelektrolyt verhindert die Dendritenbildung.

Dreidimensionale Nanostruktur

Nanotechnisierte poröse Elektroden haben den Vorteil kurzer Diffusionsstrecken, Raum für Expansion und Kontraktion und hoher Aktivität. Im Jahr 2006 wurde ein Beispiel für ein dreidimensionales technisches Keramikoxid auf der Basis von Lithiumtitant beschrieben, das eine dramatische Geschwindigkeitssteigerung gegenüber dem nicht porösen Analogon aufwies. Spätere Arbeiten von Vaughey et al. hoben die Nützlichkeit der Elektroabscheidung von elektroaktiven Metallen auf Kupferschäumen hervor, um intermetallische Dünnfilmanoden zu erzeugen. Diese porösen Anoden haben eine hohe Leistung zusätzlich zu einer höheren Stabilität, da die poröse offene Natur der Elektrode Platz lässt, um einen Teil der Volumenausdehnung zu absorbieren. Im Jahr 2011 entdeckten Forscher der University of Illinois in Urbana-Champaign , dass das Einwickeln eines dünnen Films in eine dreidimensionale Nanostruktur die Ladezeit um den Faktor 10 bis 100 verkürzen kann. Die Technologie ist auch in der Lage, eine höhere Ausgangsspannung zu liefern. Im Jahr 2013 verbesserte das Team das Mikrobatteriedesign und lieferte die 30-fache Energiedichte, 1.000x schnelleres Laden. Die Technologie liefert auch eine bessere Leistungsdichte als Superkondensatoren . Das Gerät erreichte eine Leistungsdichte von 7,4 W/cm 2 /mm.

Halbfest

Im Jahr 2016 kündigten Forscher eine Anode an, die aus einer Aufschlämmung von Lithium-Eisen-Phosphat und Graphit mit einem flüssigen Elektrolyten besteht. Sie behaupteten, dass die Technik die Sicherheit (die Anode konnte ohne Schaden verformt werden) und die Energiedichte erhöht. Es wurde über eine kohlenstofffreie Durchflussbatterie mit der Bezeichnung Solid Dispersion Redox Flow Battery berichtet, die eine erhöhte Energiedichte und eine hohe Betriebseffizienz vorschlägt. Eine Übersicht über verschiedene halbfeste Batteriesysteme finden Sie hier.

Kathode

Es gibt verschiedene Arten von Kathoden, aber typischerweise können sie leicht in zwei Kategorien unterteilt werden, nämlich geladen und entladen. Geladene Kathoden sind Materialien mit vorbestehenden kristallographischen Leerstellen. Diese Materialien, zum Beispiel Spinelle , Vanadiumpentoxid , Molybdänoxid oder LiV 3 O 8 , werden typischerweise in Zellkonfigurationen mit einer Lithiummetallanode getestet, da sie eine Lithiumquelle benötigen, um zu funktionieren. Diese Klasse ist zwar bei Sekundärzellenkonstruktionen nicht so üblich, wird jedoch häufig bei Primärbatterien verwendet, die kein Aufladen erfordern, wie z. B. Batterien für implantierbare medizinische Geräte. Die zweite Variante sind entladene Kathoden, bei denen die Kathode typischerweise in einem entladenen Zustand (Kation in einem stabilen reduzierten Oxidationszustand) elektrochemisch aktives Lithium aufweist und beim Laden kristallographische Leerstellen erzeugt werden. Aufgrund ihrer erhöhten Herstellungssicherheit und ohne die Notwendigkeit einer Lithiumquelle an der Anode wird diese Klasse häufiger untersucht. Beispiele hierfür sind Lithium-Kobalt-Oxid , Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid NMC oder Lithium-Eisen-Phosphat- Olivin, die mit den meisten Anoden wie Graphit , Lithium-Titanatspinell, Titanoxid , Silizium oder intermetallischen Einsatzmaterialien kombiniert werden können, um eine funktionierende elektrochemische Zelle zu schaffen.

Vanadiumoxide

Vanadiumoxide sind aufgrund ihrer hohen Kapazität, einfachen Synthese und ihres elektrochemischen Fensters, das gut zu gängigen Polymerelektrolyten passt, eine gängige Klasse von zu untersuchenden Kathoden . Kathoden aus Vanadiumoxiden, die typischerweise als geladene Kathoden klassifiziert werden, finden sich in vielen verschiedenen Strukturtypen. Diese Materialien wurden unter anderem von Stanley Whittingham eingehend untersucht . 2007 stellte Subaru eine Batterie mit doppelter Energiedichte vor, die nur 15 Minuten für eine 80-prozentige Ladung benötigte. Sie verwendeten ein nanostrukturiertes Vanadiumoxid, das in der Lage ist, zwei- bis dreimal mehr Lithium-Ionen auf die Kathode zu laden als das geschichtete Lithium-Kobalt-Oxid. Im Jahr 2013 kündigten Forscher eine Synthese hierarchischer Vanadiumoxid-Nanoblumen (V 10 O 24 · n H 2 O) an, die durch eine Oxidationsreaktion von Vanadiumfolie in einer wässrigen NaCl- Lösung synthetisiert wurden . Elektrochemische Tests zeigen, dass sie hohe reversible spezifische Kapazitäten mit 100 % Coulomb-Wirkungsgrad liefern, insbesondere bei hohen C-Raten ( zB 140 mAh g –1 bei 10 C). 2014 kündigten Forscher die Verwendung von Vanadat-Borat-Gläsern (V 2 O 5 – LiBO 2 -Glas mit reduziertem Graphitoxid) als Kathodenmaterial an. Die Kathode erreichte rund 1000 Wh/kg bei hohen spezifischen Kapazitäten im Bereich von ~ 300 mAh/g für die ersten 100 Zyklen.

Ungeordnete Materialien

Im Jahr 2014 fanden Forscher des Massachusetts Institute of Technology heraus, dass die Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriematerialien mit hohem Lithiumgehalt mit Kationenunordnung unter den elektroaktiven Metallen 660 Wattstunden pro Kilogramm bei 2,5 Volt erreichen könnte . Die Materialien der Stöchiometrie Li 2 MO 3 -LiMO 2 ähneln den lithiumreichen Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC)-Materialien, jedoch ohne die Kationenordnung. Das zusätzliche Lithium schafft bessere Diffusionswege und eliminiert hohe Energieübergangspunkte in der Struktur, die die Lithiumdiffusion hemmen.

Gläser

Im Jahr 2015 vermischten die Forscher pulverförmiges Vanadiumpentoxid mit Boratverbindungen bei 900 °C und kühlten die Schmelze schnell ab, um Glas zu bilden. Die resultierenden papierdünnen Blätter wurden dann zu einem Pulver zerkleinert, um ihre Oberfläche zu vergrößern. Das Pulver wurde mit reduziertem Graphitoxid (RGO) beschichtet, um die Leitfähigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Elektrode zu schützen. Das beschichtete Pulver wurde für die Batteriekathoden verwendet. Versuche zeigten, dass die Kapazität bei hohen Entladeraten recht stabil war und über 100 Lade-/Entladezyklen konstant blieb. Die Energiedichte erreichte rund 1.000 Wattstunden pro Kilogramm und eine Entladekapazität von über 300 mAh/g.

Schwefel

Als Kathode für eine Lithium-Schwefel-Batterie verwendet, hat dieses System eine hohe Kapazität bei der Bildung von Li 2 S. Im Jahr 2014 verwendeten Forscher der USC Viterbi School of Engineering eine mit Graphitoxid beschichtete Schwefelkathode , um eine Batterie mit 800 mAh/g für 1.000 Lade-/Entladezyklen, mehr als das 5-fache der Energiedichte kommerzieller Kathoden. Schwefel ist reichlich vorhanden, kostengünstig und hat eine geringe Toxizität. Schwefel ist aufgrund seiner hohen theoretischen Energiedichte, die mehr als das Zehnfache der von Metalloxid- oder Phosphatkathoden beträgt, ein vielversprechender Kathodenkandidat. Die geringe Zyklenbeständigkeit von Schwefel hat jedoch seine Kommerzialisierung verhindert. Eine Graphenoxidbeschichtung über Schwefel soll das Problem der Zyklenbeständigkeit lösen. Graphenoxid mit hoher Oberfläche, chemischer Stabilität, mechanischer Festigkeit und Flexibilität.

Meerwasser

Im Jahr 2012 haben Forscher der Polyplus Corporation eine Batterie mit einer mehr als dreifachen Energiedichte als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, indem sie Halogenide oder organische Materialien im Meerwasser als aktive Kathode verwendet haben. Seine Energiedichte beträgt 1.300 Wh/kg , das ist viel mehr als die traditionellen 400 Wh/kg. Es hat eine feste positive Lithiumelektrode und einen festen Elektrolyten. Es könnte in Unterwasseranwendungen verwendet werden.

Kathoden auf Lithiumbasis

Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid

1998 berichtete ein Team des Argonne National Laboratory über die Entdeckung lithiumreicher NMC- Kathoden., Diese Hochspannungsmaterialien mit hoher Kapazität bestehen aus Nanodomänen der beiden strukturell ähnlichen, aber unterschiedlichen Materialien. Bei der ersten Ladung, erkennbar an seinem langen Plateau bei etwa 4,5 V (vs Li), erzeugt der Aktivierungsschritt eine Struktur, die durch Neupositionierung der Kationen von hochenergetischen Punkten zu niederenergetischen Punkten im Gitter allmählich zu stabileren Materialien äquilibriert. Das geistige Eigentum dieser Materialien wurde an mehrere Hersteller lizenziert, darunter BASF, General Motors für den Chevy Volt und Chevy Bolt sowie Toda . Der Mechanismus für die hohe Kapazität und den allmählichen Spannungsabfall wurde ausführlich untersucht. Es wird allgemein angenommen, dass der Hochspannungsaktivierungsschritt verschiedene Kationendefekte induziert, die beim Zyklieren durch die Lithiumschicht-Stellen zu einem niedrigeren Energiezustand äquilibrieren, der eine niedrigere Zellspannung, aber eine ähnliche Kapazität aufweist.

Lithium-Eisenphosphat

LiFePO 4 ist eine 3,6-V-Lithium-Ionen-Batteriekathode, die ursprünglich von John Goodenough beschrieben wurde und strukturell mit dem Mineral Olivin verwandt ist und aus einem dreidimensionalen Gitter eines [FePO4]-Gerüsts besteht, das ein Lithiumkation umgibt. Das Lithiumkation sitzt in einem eindimensionalen Kanal entlang der [010]-Achse der Kristallstruktur. Diese Ausrichtung ergibt eine anisotrope Ionenleitfähigkeit, die Auswirkungen auf ihre Verwendung als Batteriekathode hat und die morphologische Kontrolle zu einer wichtigen Variablen in ihrer elektrochemischen Zellratenleistung macht. Obwohl das Eisenanalogon aufgrund seiner Stabilität am kommerziellsten ist, existiert die gleiche Zusammensetzung für Nickel, Mangan und Cobalt, obwohl die beobachteten hohen Ladespannungen der Zellen und die synthetischen Herausforderungen für diese Materialien sie realisierbar, aber schwieriger zu kommerzialisieren machen. Während das Material eine gute Ionenleitfähigkeit besitzt, besitzt es eine schlechte intrinsische elektronische Leitfähigkeit. Diese Kombination macht Nanophasen-Zusammensetzungen und Komposite oder Beschichtungen (zur Erhöhung der elektronischen Leitfähigkeit der gesamten Matrix) mit Materialien wie Kohlenstoff vorteilhaft. Alternativen zu Nanopartikeln umfassen mesoskalige Strukturen wie Nanoball-Batterien des Olivins LiFePO 4 , die zwei Größenordnungen höhere Geschwindigkeiten aufweisen können als zufällig geordnete Materialien. Die schnelle Aufladung hängt mit der großen Oberfläche der Nanokugeln zusammen, bei der Elektronen mit einer höheren Geschwindigkeit auf die Oberfläche der Kathode übertragen werden.

Im Jahr 2012 entwickelten Forscher von A123 Systems eine Batterie, die bei extremen Temperaturen ohne Wärmemanagementmaterial funktioniert. Es durchlief 2.000 vollständige Lade-Entlade-Zyklen bei 45 °C, während eine Energiedichte von über 90 % beibehalten wurde. Dies geschieht mit einer positiven Nanophosphat-Elektrode.

Lithium-Mangan-Silizium-Oxid

Eine " Lithiumorthosilikat- verwandte" Kathodenverbindung, Li
2
MnSiO
4
, konnte eine Ladekapazität von 335 mAh/g unterstützen. Poröse Li 2 MnSiO 4 @C-Nanoboxen wurden über eine nasschemische Festkörperreaktionsmethode synthetisiert. Das Material zeigte eine hohle Nanostruktur mit einer kristallinen porösen Hülle aus phasenreinen Li 2 MnSiO 4 -Nanokristallen  . Pulver-Röntgenbeugungsmuster und Transmissionselektronenmikroskopie- Bilder zeigten, dass die hohe Phasenreinheit und die poröse Nanobox-Architektur durch monodisperse MnCO 3 @SiO 2 -Kern  -Schale-Nanowürfel mit kontrollierter Schalendicke erreicht wurden.

Luft

Im Jahr 2009 kündigten Forscher des University of Dayton Research Institute eine Festkörperbatterie mit höherer Energiedichte an , die Luft als Kathode verwendet. Im voll entwickelten Zustand könnte die Energiedichte 1.000 Wh/kg überschreiten. Im Jahr 2014 entdeckten Forscher der School of Engineering der Universität Tokio und Nippon Shokubai, dass die Zugabe von Kobalt zur Lithiumoxid- Kristallstruktur ihr die siebenfache Energiedichte verleiht . Im Jahr 2017 berichteten Forscher der University of Virginia über eine skalierbare Methode zur Herstellung von Lithium-Kobalt-Oxid im Submikrometerbereich.

Eisenfluorid

Eisenfluorid, eine potentielle Interkalations-Umwandlungs-Kathode, weist eine hohe theoretische Energiedichte von 1922 Wh kg −1 auf . Dieses Material zeigt eine schlechte elektrochemische Reversibilität. Bei Dotierung mit Kobalt und Sauerstoff verbessert sich die Reversibilität auf über 1000 Zyklen und die Kapazität erreicht 420 mAh g –1 . Die Dotierung ändert die Reaktion von einer weniger reversiblen Interkalations-Umwandlung zu einer hochreversiblen Interkalations-Extrusion.

Elektrolyt

Derzeit Elektrolyte sind typischerweise aus Lithium - Salze in einem flüssigen organischen Lösungsmittel . Übliche Lösungsmittel sind organische Carbonate (cyclisch, geradkettig), Sulfone, Imide, Polymere (Polyethylenoxid) und fluorierte Derivate. Gewöhnliche Salze umfassen LiPF 6 , LiBF 4 , LiTFSI und LiFSI. Die Forschung konzentriert sich auf erhöhte Sicherheit durch reduzierte Entflammbarkeit und Reduzierung von Kurzschlüssen durch Verhinderung von Dendriten .

Perfluorpolyether

Im Jahr 2014 fanden Forscher der University of North Carolina einen Weg, das brennbare organische Lösungsmittel des Elektrolyten durch nicht brennbares Perfluorpolyether (PFPE) zu ersetzen. PFPE wird üblicherweise als industrielles Schmiermittel verwendet, um zB das Anhaften von Meereslebewesen am Schiffsboden zu verhindern. Das Material zeigte beispiellos hohe Übertragungszahlen und eine niedrige elektrochemische Polarisation, was auf eine höhere Zyklenbeständigkeit hindeutet.

Fester Zustand

Obwohl keine Festkörperbatterien auf den Markt gekommen sind, forschen mehrere Gruppen an dieser Alternative. Die Vorstellung ist, dass Festkörperdesigns sicherer sind, weil sie verhindern, dass Dendriten Kurzschlüsse verursachen. Sie haben auch das Potenzial, die Energiedichte erheblich zu erhöhen, da ihre feste Natur die Bildung von Dendriten verhindert und die Verwendung von reinen metallischen Lithiumanoden ermöglicht. Sie können andere Vorteile haben, wie z. B. einen Betrieb bei niedrigeren Temperaturen.

Im Jahr 2015 kündigten Forscher einen Elektrolyten an, der superionische Lithium-Ionen-Leiter verwendet, die Verbindungen aus Lithium, Germanium, Phosphor und Schwefel sind.

Thiophosphat

Im Jahr 2015 arbeiteten Forscher mit einer Lithium-Kohlenstoff-Fluorid-Batterie. Sie enthielten einen festen Lithiumthiophosphat-Elektrolyten, bei dem der Elektrolyt und die Kathode zusammenarbeiteten, was zu einer Kapazität von 26 Prozent führte. Beim Entladen erzeugt der Elektrolyt ein Lithiumfluoridsalz, das die elektrochemische Aktivität weiter katalysiert und eine inaktive Komponente in eine aktive umwandelt. Noch wichtiger war, dass die Technik die Batterielebensdauer erheblich verlängern sollte.

Glasartige Elektrolyte

Im März 2017 kündigten Forscher eine Festkörperbatterie mit einem glasartigen ferroelektrischen Elektrolyten aus Lithium-, Sauerstoff- und Chlorionen, die mit Barium dotiert sind, einer Lithium-Metall-Anode und einer Verbundkathode in Kontakt mit einem Kupfersubstrat an. Eine Feder hinter dem Kupferkathodensubstrat hält die Schichten zusammen, wenn sich die Dicke der Elektroden ändert. Die Kathode umfasst Partikel aus Schwefel-"Redoxzentrum", Kohlenstoff und Elektrolyt. Während der Entladung plattieren die Lithiumionen die Kathode mit Lithiummetall und der Schwefel wird nicht reduziert, es sei denn, es kommt zu einer irreversiblen Tiefentladung. Die verdickte Kathode ist eine kompakte Möglichkeit, das verbrauchte Lithium zu speichern. Beim Wiederaufladen wandert dieses Lithium zurück in den glasigen Elektrolyten und plattiert schließlich die Anode, die sich verdickt. Es bilden sich keine Dendriten. Die Zelle hat die 3-fache Energiedichte herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus. Eine verlängerte Lebensdauer von mehr als 1.200 Zyklen wurde nachgewiesen. Das Design ermöglicht auch den Ersatz von Natrium durch Lithium, wodurch die Umweltprobleme von Lithium minimiert werden.

Salze

Superhalogen

Herkömmliche Elektrolyte enthalten im Allgemeinen Halogene , die giftig sind. Im Jahr 2015 behaupteten Forscher, dass diese Materialien ohne Leistungseinbußen durch ungiftige Superhalogene ersetzt werden könnten . In Superhalogenen sind die vertikalen Elektronenablösungsenergien der Einheiten, aus denen die negativen Ionen bestehen, größer als die jedes Halogenatoms. Die Forscher fanden auch heraus, dass das für Li-Ionen-Akkus skizzierte Verfahren auch für andere Metall-Ionen-Akkus gilt, wie zum Beispiel Natrium-Ionen- oder Magnesium-Ionen-Akkus .

Wasser-in-Salz

Im Jahr 2015 zeigten Forscher der University of Maryland und des Army Research Laboratory signifikant erhöhte stabile Potenzialfenster für wässrige Elektrolyte mit sehr hoher Salzkonzentration. Durch Erhöhung der Molalität des Bis(trifluormethan)sulfonimid-Lithiumsalzes auf 21 m konnte das Potentialfenster von 1.23 auf 3 V aufgrund der Bildung von SEI an der Anodenelektrode erhöht werden, was bisher nur mit nichtwässrigen Elektrolyten erreicht wurde. Die Verwendung von wässrigen statt organischen Elektrolyten könnte die Sicherheit von Li-Ionen-Batterien erheblich verbessern.

Duale anionische Flüssigkeit

Eine experimentelle Lithium-Metall-Batterie mit einem LiNi
0,88
Co
0,09
Mn
0,03
Ö
2
/NCM88 Kathodenmaterial mit einem dual- anionischen ionischen Flüssigelektrolyt (ILE) 0,8Pyr
14
FSI
0,2
LiTFSI
wurde 2021 demonstriert. Dieser Elektrolyt ermöglicht eine anfängliche spezifische Kapazität von 214 mAh g−1 und eine Kapazitätserhaltung von 88 % über 1.000 Zyklen mit einer durchschnittlichen Coulomb-Effizienz von 99,94 %. Die Zellen erreichten bei >4 Volt eine spezifische Energie über 560 Wh kg-1. Die Kapazität nach 1k Zyklen betrug 88%. Wichtig ist, dass die Kathode während der Ladezyklen ihre strukturelle Integrität behielt.

Gestaltung und Verwaltung

Aufladen

Im Jahr 2014 entdeckten Forscher des MIT, der Sandia National Laboratories , des Samsung Advanced Institute of Technology America und des Lawrence Berkeley National Laboratory , dass ein gleichmäßiges Laden mit erhöhter Ladegeschwindigkeit verwendet werden kann, um das Laden der Batterie zu beschleunigen. Diese Entdeckung könnte auch die Zyklenfestigkeit auf zehn Jahre erhöhen. Herkömmlicherweise verhinderte ein langsameres Laden eine Überhitzung, was die Zyklenlebensdauer verkürzt. Die Forscher nutzten einen Teilchenbeschleuniger, um zu erfahren, dass in herkömmlichen Geräten jede Ladungszunahme von einem einzelnen oder wenigen Teilchen absorbiert wird, bis sie aufgeladen sind und sich dann weiterbewegen. Durch das Verteilen von Lade-/Entladeschaltungen über die gesamte Elektrode hinweg könnten Erwärmung und Verschlechterung reduziert werden, während eine viel größere Leistungsdichte ermöglicht wird.

Im Jahr 2014 entwickelten Forscher von Qnovo eine Software für ein Smartphone und einen Computerchip , die die Ladezeit um den Faktor 3-6 verkürzen und gleichzeitig die Zyklenfestigkeit erhöhen können. Die Technologie ist in der Lage zu verstehen, wie die Batterie am effektivsten geladen werden muss, während die Bildung von Dendriten vermieden wird .

2019 stellte Chao-Yang Wang von der Penn State University fest, dass es möglich ist, die (herkömmlichen) Lithium-Ionen-Batterien von Elektrofahrzeugen in weniger als 10 Minuten aufzuladen. Dazu erhitzte er den Akku auf 60 °C, lud ihn wieder auf und kühlte, wenn auch kurz danach, wieder ab. Dadurch werden die Batterien nur sehr wenig beschädigt. Professor Wang verwendete eine dünne Nickelfolie, bei der ein Ende am Minuspol befestigt war und das andere Ende sich bis außerhalb der Zelle erstreckte, um einen dritten Anschluss zu schaffen. Ein an einem Schalter angebrachter Temperatursensor vervollständigt den Stromkreis.

Verwaltung

Haltbarkeit

Im Jahr 2014 unabhängige Forscher aus Kanada angekündigt , ein Batterie - Management - System , das Zyklus vervierfacht, dass mit spezifischer Energie von 110 bis 175 Wh / kg unter Verwendung ein Batteriepack Architektur und Controlling - Algorithmus , der es vollständig erlaubt , um die aktiven Materialien in Batteriezellen zu verwenden . Der Prozess hält die Lithium-Ionen-Diffusion auf optimalem Niveau und eliminiert die Konzentrationspolarisation, wodurch die Ionen gleichmäßiger an der Kathode befestigt/abgelöst werden können. Die SEI-Schicht bleibt stabil und verhindert Energiedichteverluste.

Thermal

Im Jahr 2016 kündigten Forscher ein reversibles Abschaltsystem zur Verhinderung von Thermal Runaway an. Das System verwendete ein thermoresponsives Polymer-Schaltmaterial. Dieses Material besteht aus elektrochemisch stabilen, graphenbeschichteten, stacheligen Nickel-Nanopartikeln in einer Polymermatrix mit hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Die elektrische Leitfähigkeit des Films bei Umgebungstemperatur betrug bis zu 50 S cm−1. Die Leitfähigkeit nimmt bei der Übergangstemperatur innerhalb einer Sekunde um 10 7 -10 8 ab und erholt sich bei Raumtemperatur spontan. Das System bietet 10 3 -10 4 x höhere Empfindlichkeit als frühere Vorrichtungen.

Flexibilität

Im Jahr 2014 demonstrierten mehrere Forschungsteams und Anbieter flexible Batterietechnologien für den potenziellen Einsatz in Textilien und anderen Anwendungen.

Eine Technik machte Li-Ionen-Batterien mit der Miura-Falte flexibel, biegsam, verdrehbar und knautschbar . Diese Entdeckung verwendet herkömmliche Materialien und könnte für faltbare Smartphones und andere Anwendungen kommerzialisiert werden.

Ein anderer Ansatz verwendete Kohlenstoff-Nanoröhrchen- Fasergarne . Die Fasern mit einem Durchmesser von 1 mm sollen leicht genug sein, um verwebbare und tragbare Textilbatterien herzustellen. Das Garn war in der Lage, fast 71 mAh/g zu speichern. Lithiummanganat (LMO)-Partikel wurden auf einer Kohlenstoff-Nanoröhrchen-(CNT)-Folie abgeschieden, um ein CNT-LMO-Kompositgarn für die Kathode zu erzeugen. Die Anodenverbundgarne lagen sandwichartig zwischen zwei silikonbeschichteten CNT-Schichten. Separat aufgerollt und dann durch einen Gelelektrolyten getrennt zusammengewickelt, bilden die beiden Fasern eine Batterie. Sie können auch auf eine Polymerfaser gewickelt werden, um sie einem bestehenden Textil hinzuzufügen. Beim Laden und Entladen von Siliziumfasern dehnt sich das Siliziumvolumen um bis zu 300 Prozent aus und beschädigt die Faser. Die CNT-Schicht zwischen der silikonbeschichteten Folie pufferte die Volumenänderung des Siliziums und hielt es fest.

Ein dritter Ansatz führte zu wiederaufladbaren Batterien, die auf gängigen industriellen Siebdruckern kostengünstig bedruckt werden können. Die Batterien verwendeten einen Zink-Ladungsträger mit einem festen Polymerelektrolyten, der die Dendritenbildung verhindert und für eine höhere Stabilität sorgt. Das Gerät hat 1.000 Biegezyklen unbeschadet überstanden.

Eine vierte Gruppe schuf ein Gerät, das ein Hundertstel Zoll dick ist und gleichzeitig als Superkondensator dient. Die Technik umfasste das Ätzen einer 900 Nanometer dicken Schicht aus Nickel(II)-Fluorid mit regelmäßig beabstandeten Löchern von fünf Nanometern, um die Kapazität zu erhöhen. Das Gerät verwendet einen Elektrolyten aus Kaliumhydroxid in Polyvinylalkohol . Das Gerät kann auch als Superkondensator verwendet werden. Das Schnellladen ermöglicht eine superkondensatorähnliche schnelle Entladung, während das Laden mit einer niedrigeren Stromrate eine langsamere Entladung ermöglicht. Nach 10.000 Lade-Entlade-Zyklen und 1.000 Biegezyklen behielt er 76 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität. Die Energiedichte wurde mit 384 Wh/kg und die Leistungsdichte mit 112 kW/kg gemessen.

Volumenerweiterung

Die aktuelle Forschung konzentrierte sich hauptsächlich darauf, neue Materialien zu finden und sie anhand der spezifischen Kapazität (mAh/ g ) zu charakterisieren , die eine gute Metrik zum Vergleichen und Vergleichen aller Elektrodenmaterialien bietet. In letzter Zeit zeigen einige der vielversprechenderen Materialien einige große Volumenausdehnungen, die bei der Konstruktion von Geräten berücksichtigt werden müssen. Weniger bekannt in diesem Datenbereich ist die volumetrische Kapazität (mAh/ cm 3 ) verschiedener Materialien zu ihrem Design.

Nanotechnologie

Forscher haben verschiedene Ansätze verfolgt, um die Leistung und andere Eigenschaften durch den Einsatz nanostrukturierter Materialien zu verbessern. Eine Strategie besteht darin, die Elektrodenoberfläche zu erhöhen. Eine andere Strategie besteht darin, den Abstand zwischen den Elektroden zu verringern, um die Transportentfernungen zu verringern. Noch eine andere Strategie besteht darin, die Verwendung von Materialien zu ermöglichen, die bei Verwendung in Massenformen inakzeptable Fehler aufweisen, wie beispielsweise Silizium.

Schließlich Anpassung der Geometrien der Elektroden, zB durch unterschiedliche Ineinanderschaltung von Anoden- und Kathodeneinheiten als Reihen von Anoden und Kathoden, abwechselnden Anoden und Kathoden, hexagonal gepackten 1:2-Anoden:Kathoden und abwechselnden anodischen und kathodischen Dreieckspolen. Eine Elektrode kann in eine andere eingebettet werden.

Kohlenstoffnanoröhren und Nanodrähte wurden für verschiedene Zwecke untersucht, ebenso wie Aerogele und andere neuartige Bulkmaterialien.

Schließlich wurden verschiedene Nanobeschichtungen untersucht, um die Elektrodenstabilität und -leistung zu erhöhen.

In jede Zelle der Batterie werden nun Nanosensoren integriert. Dies wird dazu beitragen, den Ladezustand in Echtzeit zu überwachen, was nicht nur aus Sicherheitsgründen hilfreich ist, sondern auch nützlich ist, um die Nutzung des Akkus zu maximieren.

Wirtschaft

Im Jahr 2016 fanden Forscher der CMU heraus, dass prismatische Zellen eher von einer Produktionsskalierung profitieren als zylindrische Zellen.

Siehe auch

Verweise