Auf dem Weg zu billigeren und sichereren Batterien

Neue Einblicke in Batterien während des Betriebs: Neue Technik löst langjähriges Problem

02.07.2024

Forscher haben eine neue Technik entwickelt, um das Problem der Kapazitätssteigerung von Natrium-Ionen-Batterien zu lösen. Die in Applied Physics Reviews veröffentlichte Forschungsarbeit wurde gemeinsam von Professor Oleg Kolosov von der Universität Lancaster und Professor Zhigao Huang von der Fujian Normal University geleitet, wobei die wichtigsten Ergebnisse von Associate Professor Yue Chen sowohl in Lancaster als auch in Fuzhou erzielt wurden.

Professor Kolosov sagte: "Studien im Nanomaßstab über wiederaufladbare Speicher sind für die Entwicklung neuer, effizienter und sicherer Batterien unerlässlich.

"Diese Studie wird eine billigere und sicherere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien ermöglichen, da Lithium im Vergleich zu Natriumbatterien sehr viel knapper und schwieriger zu fördern ist. Es wird erwartet, dass diese Grundlagenforschung letztendlich die Zyklenstabilität, Lebensdauer und Kapazität von Batterien verbessern wird.

Die Forscher entwickelten eine einzigartige Technik der elektrochemischen Ultraschall-Kraftmikroskopie (EC-UFM) für die Abbildung von Grenzflächen in wiederaufladbaren Batterien im Nanobereich direkt während des Betriebs, oder operando, was mit bestehenden elektrochemischen Charakterisierungsmethoden nicht möglich war. EC-UFM ermöglichte es den Forschern, die Bildung und die Eigenschaften eines der wichtigsten Elemente in diesen Batterien zu beobachten - die Solid-State-Interphase (SEI) -, die deren Kapazität, Leistung und Langlebigkeit beeinflusst.

Die neue Technik, die im Rahmen des Projekts NEXGENNA Faraday Instiution entwickelt wurde, löst ein seit langem bestehendes Problem, nämlich die Frage, wie die Kapazität von Natrium-Ionen-Batterien erhöht werden kann, indem ein Lösungsmittel als Vehikel für die Kointerkalation von Natrium in die Kohlenstoffelektrode verwendet wird. Indem sie die Bildung der passivierenden SEI-Schicht während des Lade-/Entladevorgangs der Batterie steuern, haben die Wissenschaftler herausgefunden, wie der Ladungsträgeraustausch zwischen Elektrolyt und Elektrode aufrechterhalten werden kann, was zu effizienten und leistungsstarken Natrium-Ionen-Batterien führt.

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Originalveröffentlichung

Yue Chen, Shaohua Zhang, Weijian Zhang, Alessio Quadrelli, Samuel Jarvis, Jing Chen, Hongyi Lu, Nagarathinam Mangayarkarasi, Yubiao Niu, Jianming Tao, Long Zhang, Jiaxin Li, Yingbin Lin, Zhigao Huang, Oleg Kolosov; "Operando nano-mapping of sodium-diglyme co-intercalation and SEI formation in sodium ion batteries' graphene anodes"; Applied Physics Reviews, Volume 11, 2024-5-30

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