Durch Zufall erfundene Batterie hat die Fähigkeit, 400 Jahre zu halten

Forscher erfinden zufällig eine Batterie, die ewig hält

Unfälle in Laboren sind keine gute Sache. Aber was, wenn dieser Unfall ein unerwartetes Ergebnis liefert, das die Forscher zu einem System führt, das Batterien bis zu 400-mal länger halten könnte als die derzeit besten Batterien?

Forscher der University of California, Irvine, haben zufällig eine Batterie entwickelt, die bis zu 200.000 Ladezyklen halten kann und bis zu 400-mal länger hält. Diese Entdeckung könnte uns näher zu Batterien bringen, die tausendmal aufgeladen werden können, ohne dass ein Austausch erforderlich ist.

Die ursprüngliche Idee der Forschung war es, eine Festkörperbatterie zu schaffen, indem die übliche Flüssigkeit in Lithiumbatterien durch ein viel dickeres Elektrolytgel ersetzt wurde, so die Studie, die in der Zeitschrift ACS Energy Letters veröffentlicht wurde. Sie ersetzten auch das Lithium in den Batterien durch Goldnanodrähte zur elektrischen Speicherung.

„Wir haben begonnen, die Geräte zu betreiben, und dann festgestellt, dass sie nicht kaputtgehen würden“, sagte Reginald Penner, einer der Hauptautoren der Arbeit. „Wir verstehen den Mechanismus dafür noch nicht.“

Die Irvine-Batterietechnologie verwendet einen Goldnanodraht, der nicht dicker als ein Bakterium ist, beschichtet mit Manganoxid und dann durch eine Schicht Elektrolytgel geschützt. Das Gel interagiert mit der Metalloxidbeschichtung, um Korrosion zu vermeiden. Je länger der Draht, desto mehr Oberfläche und desto mehr Ladung kann er halten.

„[Das Gel] hält nicht nur den Draht zusammen. Es scheint tatsächlich, dass es das Metalloxid weicher und bruchfester macht. Es erhöht die Bruchzähigkeit dieses Metalloxids, das die Ladung speichert“, sagte Penner.

Die UCI-Nanobatterie wurde über einen Zeitraum von drei Monaten unter Testbedingungen ausprobiert und erzielte eine „durchschnittliche Coulomb-Effizienz von 94-96%“, so die Forscher. Es wurde kein Verlust an Kapazität oder Leistung und kein Bruch von Nanodrähten während des Tests festgestellt.

Die UCI-Doktorandin Mya Le Thai war diejenige, die die zufällige Erfindung Wirklichkeit werden ließ, als sie eine Reihe von Goldnanodrähten mit Manganoxid beschichtete und dann ein „plexiglasähnliches“ Elektrolytgel auftrug. Diese Nanodrähte degradieren normalerweise nach begrenzter Nutzung, da ihre Zerbrechlichkeit dazu führt, dass sie während der Lade- und Entladevorgänge brechen. Als die Forscher an der UCI jedoch Mya’s Versionen testeten, stellten sie fest, dass sie fast vollständig intakt und bereit für eine weitere Nutzung waren.

„Mya hat herumgespielt, und sie hat das Ganze mit einer sehr dünnen Gelschicht beschichtet und begonnen, es zu betreiben“, sagte Penner. „Sie entdeckte, dass sie nur durch die Verwendung dieses Gels Hunderte von Tausenden von Zyklen durchführen konnte, ohne an Kapazität zu verlieren.“

„Das war verrückt, denn diese Dinge sterben normalerweise auf dramatische Weise nach 5.000 oder 6.000 oder 7.000 Zyklen höchstens“, sagte er.

Die Forscher vermuten, dass das Gel das Metalloxid in der Batterie plastifiziert hat, was den Nanodrähten neue Flexibilität und Langlebigkeit verleiht.

„Die beschichtete Elektrode behält ihre Form viel besser, was sie zu einer zuverlässigeren Option macht“, sagte Thai. „Diese Forschung beweist, dass eine nanodrähtebasierte Batterieelektrode eine lange Lebensdauer haben kann und dass wir diese Art von Batterien zur Realität machen können.“

Wenn die neu entdeckte Technologie auf aktuelle Verbraucherelektronik angewendet wird, kann sie eine Batterie schaffen, die 400-mal länger hält als die üblichen Lithiumbatterien. Aber die UCI-Nanobatterie befindet sich noch in der Entwicklungsphase, und es wird noch lange dauern, bis sie kommerziell erhältlich ist. Sobald sie jedoch verfügbar ist, könnte sie einen großen Unterschied für Computer, Smartphones und Geräte auf dem Markt in Bezug auf die Energieversorgung der Geräte machen.

Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit dem Nanostructures for Electrical Energy Storage Energy Frontier Research Center an der University of Maryland durchgeführt, mit finanzieller Unterstützung durch die Abteilung für Grundlegende Energiewissenschaften des US-Energieministeriums.