© www.anl.gov / Unterschiedliche Batteriematerialien im Test
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Wässrige Anode macht superschnelles Laden von E-Fahrzeugen möglich

Ein internationales Team von Wissenschaftlern, darunter Forscher vom Argonne National Laboratory DOE, hat ein Anodenmaterial entdeckt, das superschnelle Aufladung möglich macht und gleichzeitig einen stabilen Betrieb über viele tausend Ladezyklen garant

Ein internationales Team von Wissenschaftlern - darunter mehrere Forscher aus dem US Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory - hat ein Anoden Batteriematerial entdeckt, dass superschnelles Lade- und stabilen Betrieb über viele tausend Zyklen möglich macht.

In den letzten Jahren hat ein multidisziplinäres Team von Batterie-Wissenschaftlern am Argonnelabor eine Vielzahl von Materialien im Rahmen eines umfangreiches Forschungsprogramms getestet, die für Lithium-Ionen-Batterien mit Anwendungen in Hybrid- und in reinen Elektrofahrzeugen sowie für stationäre Energiespeicher verwendet werden können.

„ Die meiste Zeit ist Wasser schlecht für nicht-wässrige Lithium-Ionen - Batterien. Aber in diesem Fall kann es geradezu gut sein ," meint Juni Lu, Argonne Batterie-Wissenschaftler und Co-Autor des Artikels.

Einer der neuesten Beiträge des Argonnelabors zu innovativen neuen Materialien für Lithium-Ionen - Batterien ist ein wasserhaltige Verbindung, „Lithium - Titanat - Hydrat“ , die in Zusammenarbeit mit Forschern von der Tsinghua - Universität in Peking und des Massachusetts Institute of Technology entwickelt wurde. Dieses Materia könnte die Graphitanode von häufig verwendeten Lithium-Ionen - Batterien ersetzen.

Wie Juni Lu erklärt wurde bereits in Vergangenheit Lithium-Titanat als vielversprechendes Anodenmaterial identifiziert, wegen seines Potentials für die schnelle Aufladung und besonders langer Lebensdauer, sowie sicherem Betrieb im Vergleich zu Graphit. Bei der Synthese dieses Materials verwendeten die Forscher einen wasserbasierten Prozess, der in einem letzten Schritt der Erwärmung des Anodenmaterials auf sehr hohe Temperaturen erreicht (über 500 ° C) um das Wasser vollständig auszufiltern. Dieser Schritt ist notwendig, da während des Batteriebetriebes mit diesem Material, das Wasser sonst mit dem Elektrolyten reagieren würde, was die Leistung verschlechtern würde.

Argonne-Forscher Khalil Amin, der auch die Co-Autor der Studie ist, stellte fest, dass die Erwärmung auf eine solch hohe Temperatur eine unerwünschte Vergröberung und Verklumpung der Struktur instandsetzt. Das internationale Team erkannte dann, dass, indem das Anodenmaterial auf eine viel niedrigere Temperatur erhitzt wird (weniger als 260 ° C), man das Wasser in der Nähe der Oberfläche entfernen könnte, aber das Wasser in der Masse des Materials ohne Vergröberung und Verklumpen der Struktur behalten wird. Als die Wissenschaftler das Material im Labor testeten, verbesserte sich die Zyklenstabilität. Das Material ist auch sehr schnell aufgeladen - innerhalb von weniger als zwei Minuten - wie das Team herausgefunden hat.

Das Forscherteam verfolgt, wie Materialzusammensetzung und Struktur sich verändert, wenn es mit verschiedenen erweiterte Techniken erhitzt wird. Das eingeschlossene Wasser im Anodenmaterial bringt eine verbesserte Leistung durch strukturelle Vielfalt und bildet Nanostrukturen.
Mit Blick auf die Zukunft, meint Juni Lu, dass, weil Wasser überall in der Natur ist und häufig in der chemischen Synthese, der Herstellungsansatz in dieser Studie die Tür zu Entdeckung von anderen Hochleistungselektrodenmaterialien öffnen konnte.




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