Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, gebrauchte Batterien wieder zum Leben zu erwecken und ihre Leistung um 30 % zu verbessern
Wenn die wiederaufladbaren Batterien verbraucht sind, bewegen sich die Lithiumpartikel nur noch langsam und können die Elektroden nicht mehr „erreichen“. Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, dieses Problem zu lösen und die Anzahl der Ladevorgänge bei mobilen Geräten und Elektroautos zu verringern.
US-Forscher des SLAC National Accelerator Laboratory des US-Energieministeriums und der Stanford University haben eine Technologie entwickelt, die die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien um etwa ein Drittel verlängert und ihre Leistung erhöht. Die Ergebnisse der Entdeckung wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Wie Lithium-Ionen-Batterien funktionieren
In einer funktionierenden Batterie bewegen sich die Lithiumionen während des Lade-/Entladezyklus zwischen den Elektroden. Einige von ihnen sind nicht in der Lage, den Elektrolyten zu durchdringen und verlieren dadurch ihre elektrochemischen Eigenschaften. Dadurch entstehen dichte Lithiumablagerungen, die unweigerlich zu einer Verringerung der Batterieleistung führen.
Wie lädt man eine gebrauchte Batterie wieder auf?
Eine von Wissenschaftlern vorgeschlagene Methode hilft, Lithium-Ionen zu aktivieren, wenn der Ladevorgang richtig organisiert ist. Die Technologie optimiert die derzeitige Batteriegeneration und eröffnet die Aussicht auf eine Energiespeicherung mit hoher Dichte. Seine Einführung wird die Autonomie von Elektroautos und mobilen Geräten erhöhen.
Laut Yi Tsui, dem Leiter der Forschungsgruppe, kann isoliertes Lithium nicht als Qualitätsmaterial eingestuft werden, da es zur Zersetzung der Batterien führt und die Brandgefahr erhöht. Wenn jedoch „tote“ Partikel mit einer negativen Elektrode zusammengebracht werden, tritt ein positiver Effekt ein und sie werden reaktiviert.
Theoretischer Teil
Die Wissenschaftler stellten die Hypothese auf, dass Lithiumionen wieder aktiv werden können, wenn eine Spannung an sie angelegt wird. Um ihre Vermutung zu bestätigen, haben sie ein Testgerät (optische“ Batterie) vorbereitet, mit dem die isolierten dichten Formationen während des Ladevorgangs überwacht werden können.
Die Ergebnisse des Experiments
Das Experiment zeigte, dass die Partikel nur eine minimale Aktivität aufwiesen und sich beim Aufladen nur sehr langsam in Richtung einer Elektrode und beim Entladen in Richtung der gegenüberliegenden Elektrode bewegten.
Laut Yi Tsui erinnert dieser Prozess an einen Wurm, der zu langsam ist, sein Vorderende nach vorne wirft und dann seinen Schwanz zu sich zieht, um eine vernachlässigbare Strecke voranzukommen. Im Falle von Lithium findet auf der einen Seite eine Auflösung und auf der anderen Seite eine Bewegung des Materials statt. Wenn es gelingt, die Bewegung des Lithium-„Wurms“ zu steuern, wird er schließlich zur Anode „kriechen“ und die elektrische Verbindung wieder zum Leben erwecken, erklärte der Wissenschaftler.
Experimente mit anderen Batterietypen und Computersimulationen bestätigten den Anstieg der Lithiumaktivität mit zunehmender Stromstärke. Dadurch war es möglich, eine starke Entladestufe mit einem starken Strom in der Stufe unmittelbar nach dem Ende des Ladevorgangs einzubauen. Infolgedessen bewegte sich das Gerinnsel in den erforderlichen Abstand zur Anode.
Meinung der theoretischen Physiker
US-Physiker betonen, dass die Insellage von Lithium ein großes Hindernis für die Entwicklung der neuesten Generation von Lithium-Metall-Batterien sein könnte. Sie können bis zu zehnmal mehr Energie speichern, sind aber instabil. Der Einsatz neuer Technologien könnte dazu beitragen, dieses Problem zu lösen.
Wer profitiert von der Wiederverwendung dieser Batterien?
Die Hersteller von Elektroautos könnten an dieser Art der Verbesserung der Batterieleistung sehr interessiert sein, da die Lebensdauer der Batterien in diesem Bereich entscheidend ist.
Mitte Dezember 2021 sprachen Vertreter von Samsung und IBM über die Möglichkeit, die Autonomie von Smartphones auf bis zu 7 Tage zu erhöhen. Dies könnte dadurch erreicht werden, dass die standardmäßige horizontale Anordnung von Transistoren in Prozessoren durch eine vertikale ersetzt wird.