Nachricht

Apr 08, 2024

Forscher der Georgia Tech entwickeln Aluminiumfolienbatterien für eine verbesserte Leistung

Hohe Energiedichte und Stabilität sind Schlüsseleigenschaften einer guten Batterie. Während Lithium-Ionen-Batterien in den letzten drei Jahrzehnten den Markt dominiert haben, suchen Batterieforscher nun nach sichereren,

Hohe Energiedichte und Stabilität sind Schlüsseleigenschaften einer guten Batterie. Während Lithium-Ionen-Batterien in den letzten drei Jahrzehnten den Markt dominiert haben, suchen Batterieforscher nun nach sichereren, kostengünstigeren und leistungsstärkeren Alternativen.

Am Georgia Institute of Technology hat ein Forscherteam unter der Leitung von Matthew McDowell, außerordentlicher Professor an der George W. Woodruff School of Mechanical Engineering und der School of Materials Science and Engineering, erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung von Aluminiumfolienbatterien mit höherer Energiedichte erzielt und mehr Stabilität.

Die Verwendung von Aluminium als Batteriematerial bietet mehrere Vorteile. Es ist kostengünstig, hoch recycelbar und einfach zu verarbeiten. Während Aluminium früher als ungeeignet für Batterien galt, da es dazu neigte, nach wenigen Lade- und Entladezyklen zu brechen und zu versagen, hat die Einführung von Festkörperbatterien die Situation verändert.

Festkörperbatterien, die ein nicht brennbares Feststoffmaterial verwenden, gelten als sicherer als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Diese Batterien ermöglichen auch den Einbau neuer Hochleistungsaktivmaterialien.

Das Georgia Tech-Team arbeitete mit Novelis, einem führenden Aluminiumhersteller und weltweit größten Aluminiumrecycler, zusammen, um das Potenzial von Aluminiumfolie als Material in der Anode der Batterie zu erkunden. Reine Aluminiumfolien schnitten bei Batterietests schlecht ab, aber die Forscher experimentierten mit dem Mischen kleiner Mengen anderer Materialien, um Folien mit einzigartigen Mikrostrukturen herzustellen.

Über 100 verschiedene Materialien wurden getestet und das Team stellte fest, dass die Aluminiumanode mit der modifizierten Mikrostruktur eine verbesserte Leistung und Stabilität in Festkörperbatterien aufwies. Die Aluminiumanode konnte mehr Energie und Lithium speichern als andere Arten von Anodenmaterialien, was zu Batterien mit höherer Energiedichte führte.

Einer der bemerkenswerten Vorteile der Aluminiumanode ist ihre Kosteneffizienz. Durch die direkte Verwendung von Folie als Batteriekomponente entfallen mehrere Herstellungsschritte, wodurch der Produktionsprozess effizienter und kostengünstiger wird.

Die Entwicklung von Aluminiumanodenbatterien hat erhebliche Auswirkungen auf die Elektrofahrzeug- und Elektroflugzeugindustrie. Elektrofahrzeuge könnten möglicherweise mit einer einzigen Ladung längere Strecken zurücklegen, während Elektroflugzeuge die Einschränkungen von Kurzstreckenflügen überwinden könnten. Die Aluminiumanodenbatterien des McDowell-Teams haben das Potenzial, den Weg für leistungsstärkere Batterietechnologien zu ebnen.

Das Forschungsteam vergrößert derzeit die Größe der Batterien, um besser zu verstehen, wie sich die Größe auf das Verhalten von Aluminium auswirkt. Sie erforschen auch aktiv andere Materialien und Mikrostrukturen, um äußerst erschwingliche Folien für Batteriesysteme zu entwickeln.

Insgesamt zeigt diese Forschung die Erneuerung von Aluminium als Batteriematerial dank neuer Erkenntnisse und Festkörperbatterietechnologie. Die vielversprechende Leistung von Aluminiumfolienbatterien eröffnet Möglichkeiten für eine energieoptimiertere und kostengünstigere Batteriezellenarchitektur.

Referenz:Liu, Y., et al. (2023). Negative Elektroden aus Aluminiumfolie mit mehrphasiger Mikrostruktur für Festkörper-Li-Ionen-Batterien. Naturkommunikation. doi.org/10.1038/s41467-023-39685-x.