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Super billige Erde Element, neue Batterie Tech zur Industrie voranzubringen
Sep 20, 2018

Datum: 19. September 2018

Quelle: Purdue Universität

 

Zusammenfassung:

Die weltweiten Bemühungen, Natrium-Ionen-Batterien so funktionsfähig zu machen wie Lithium-Ionen-Batterien, haben schon lange die Neigung von Natrium zur Explosion kontrolliert, aber noch nicht gelöst, wie Natriumionen während der ersten Lade- und Entladezeiten von Batterien "verloren gehen" können . Jetzt haben die Forscher eine Natriumpulver-Version entwickelt, die dieses Problem behebt und eine Ladung richtig hält.

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Der Purdue-Forscher Jialiang Tang half bei der Lösung von Ladeproblemen bei Natrium-Ionen-Batterien, die verhindert haben, dass die Technologie in die Industrie zur Prüfung und Verwendung überging.

Kredit: Purdue University Marketing und Medien Foto

 

Die meisten der heutigen Batterien bestehen aus seltenem Lithium, das aus den Bergen Südamerikas gewonnen wird. Wenn die Welt diese Quelle erschöpft, könnte die Batterieproduktion stagnieren.

 

Natrium ist eine sehr billige und ergiebige Alternative zur Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien, die bekanntlich lila wird und verbrennt, wenn sie Wasser ausgesetzt ist - sogar nur Wasser in der Luft.

 

Die weltweiten Bemühungen, Natrium-Ionen-Batterien so funktionstüchtig wie Lithium-Ionen-Batterien zu machen, haben die Neigung des Natriums zur Explosion längst beherrscht, aber noch nicht gelöst, wie Natriumionen in den ersten Lade- und Entladezeiten von Batterien "verloren gehen" können . Jetzt haben Forscher der Purdue University eine Natriumpulver-Version hergestellt, die dieses Problem behebt und eine Ladung richtig hält.

 

"Die Zugabe von industriell hergestelltem Natriumpulver während der Elektrodenbearbeitung erfordert nur geringfügige Änderungen am Batterieproduktionsprozess", sagte Vilas Pol, Purdue Associate Professor für Chemietechnik. "Dies ist ein möglicher Weg, die Natrium-Ionen-Batterie-Technologie für die Industrie voranzutreiben."

 

Die Studie wurde online im Juni 2018 vor Drucklegung am 31. August 2018 im Journal of Power Sources veröffentlicht.

 

Diese Arbeit stimmt mit Purdues riesigen Sprüngen überein und würdigt die weltweiten Fortschritte der Universität in den Bereichen Gesundheit, Weltraum, künstliche Intelligenz und Nachhaltigkeit im Rahmen des 150-jährigen Jubiläums von Purdue. Das sind die vier Themen des Ideenfestivals des einjährigen Fests, das Purdue als intellektuelles Zentrum zur Lösung realer Probleme präsentieren soll.

 

Obwohl Natrium-Ionen-Batterien physikalisch schwerer als Lithium-Ionen-Technologie sind, haben Forscher Natrium-Ionen-Batterien untersucht, weil sie Energie für große Solar- und Windkraftanlagen zu geringeren Kosten speichern könnten.

 

Das Problem besteht darin, dass Natriumionen während der anfänglichen Ladezyklen an dem harten Kohlenstoffende einer Batterie anhaften, die als Anode bezeichnet wird, und nicht zum Kathodenende übergehen. Die Ionen bauen sich zu einer Struktur auf, die als "Festelektrolytgrenzfläche" bezeichnet wird.

 

"Normalerweise ist die Festelektrolyt-Grenzschicht gut, weil sie Kohlenstoffpartikel vor dem sauren Elektrolyt einer Batterie schützt, wo Strom fließt", sagte Pol. "Aber zu viel von der Schnittstelle verbraucht die Natriumionen, die wir zum Laden der Batterie benötigen."

 

Purdue-Forscher schlugen vor, Natrium als Pulver zu verwenden, das die erforderliche Natriummenge für die Festelektrolyt-Grenzfläche liefert, um Kohlenstoff zu schützen, aber nicht so aufbaut, dass es Natriumionen verbraucht.

 

Sie verringerten die Exposition von Natrium gegenüber der Feuchtigkeit, die es verbrennen würde, indem das Natriumpulver in einer mit dem Gas Argon gefüllten Glovebox hergestellt wurde. Um das Pulver herzustellen, verwendeten sie einen Ultraschall - das gleiche Werkzeug, das zur Überwachung der Entwicklung eines Fötus verwendet wurde -, um Natriumstücke in eine milchig-violette Flüssigkeit zu schmelzen. Die Flüssigkeit wurde dann zu einem Pulver abgekühlt und in einer Hexanlösung suspendiert, um die Pulverteilchen gleichmäßig zu dispergieren.

 

Schon wenige Tropfen der Natrium-Suspension auf die Anoden- oder Kathoden-Elektroden während ihrer Herstellung lassen eine Natrium-Ionen-Batteriezelle mit höherer Stabilität und höherer Kapazität laden und entladen - die Mindestanforderungen an eine funktionsfähige Batterie.