Zweifellos würden wir alle von einer längeren Akkulaufzeit unserer Laptops, Hybridgeräte und anderen tragbaren Geräte profitieren. Leider ist die aktuelle Litium-Ionen-Batterie (LIB) hat sein Potenzial nahezu ausgeschöpft, und die einzige Möglichkeit, die Laufzeit unserer tragbaren Geräte ohne Netzstecker zu verlängern, besteht darin, größere Batterien herzustellen. In einer Branche, in der leichtere und schlankere Ausrüstung äußerst wünschenswert ist, ist dies jedoch kaum eine praktikable Lösung. Wir brauchen etwas Neues; eine Möglichkeit, die Speicherkapazität deutlich zu erhöhen, ohne größere Energiespeicher herstellen zu müssen.
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Kürzlich wurde die Pacific Northwest National Laboratory des Energieministeriums hat eine neue Variante des Lithium-Ionen-Akkus entwickelt, der Berichten zufolge „mindestens“ doppelt so viel Energie speichern kann wie ein herkömmlicher Hybrid- oder Laptop-Akku. In diesem Fall erfordert die Methode die Verwendung eines schwammartigen Silikons. Es wurden weitere „Durchbrüche“ bei der Batterieverbesserung vorgeschlagen, aber sie können eintreten oder auch nicht und sind bestenfalls noch Jahre entfernt. Dies ist jedoch nicht nur äußerst plausibel, sondern auch relativ schmerzlos in der Anwendung.
Warum Silizium?
Derzeit verwenden fast alle LIBs Graphitelektroden zur Speicherung und Entladung von Energie. Diese herkömmlichen LIBs speichern nur zehnmal weniger Energie als siliziumbasierte Elektroden. Auch wenn die mathematischen Formeln komplex sind, würde Ihnen in einer perfekten Welt eine Batterie auf Siliziumbasis die zehnfache Energieversorgung liefern. Wenn man jedoch alles andere bedenkt, was berücksichtigt werden muss, wie etwa die Chemie der Batterie, sind Siliziumelektroden (manchmal auch „...“ genannt). Anodes) kann die Energiespeicherkapazität gegenüber dem aktuellen Standard verdoppeln oder möglicherweise verdreifachen.
Ein Problem bei der Verwendung von Silizium bestand in der Vergangenheit darin, dass es viel zu viele Lithium-Ionen absorbieren würde (Sie werden zur Speicherung und Erzeugung von Strom benötigt) und dehnen sich dabei oft um bis zu 400 Prozent ihrer Masse aus Aufladen. Wie Sie sich vorstellen können, führte dies zu allen möglichen Problemen, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) dem Bruch des Batteriegehäuses. Es war einfach nicht praktikabel – bis das Pacific Northwest National Laboratory des Energieministeriums eine Siliziumelektrode mit der Bezeichnung „A“ entwickelte.mesoporöser Silikonschwamm”das wächst nur um realisierbare 30 Prozent.
Vereinfacht ausgedrückt ist ein mesoporöser Silikonschwamm ein mit Löchern perforiertes Stück Silikon. Bei der Aufnahme von Lithium-Ionen dehnt sich das Silizium nicht nach außen aus, sondern es vergrößert seine Masse, indem es die Löcher füllt. Bei einer Ausdehnungsgrenze von 30 Prozent enthält die siliziumbasierte Elektrode eine Energiekonzentration von etwa 750 mAh pro Gramm, was etwa dem Doppelten der von graphitbasierten Elektroden entspricht. Darüber hinaus haben sich die Siliziumelektroden als widerstandsfähig erwiesen – der Prototyp-Akku behielt nach 1.000 Ladevorgängen 80 Prozent seiner Kapazität.
Wann werden wir diese neuen Batterien sehen?
Der nächste logische Schritt des Pacific Northwest National Laboratory des Energieministeriums wäre der Bau eines größeren Prototyps – vielleicht etwas, das groß genug ist, um ein gängiges Mobilgerät mit Strom zu versorgen. Während wir darauf warten, dass die Wissenschaftler der Regierung die Technologie weiter entwickeln, taucht ein Startup-Unternehmen aus dem Silicon Valley namens „Amprius„ist derzeit dabei, sie ebenfalls zu entwickeln und zu vermarkten.
Zugegeben, die Energieabsorptionsraten der siliziumbasierten Lithium-Ionen von Amprius sind viel geringer (nur 10–50 Prozent mehr Energiespeicherung als Graphit), aber bisher ist das der Fall Die Ergebnisse waren ermutigend genug, um darauf hinzuweisen, dass Silizium sehr wohl eine wichtige Rolle bei der Stromversorgung unserer mobilen Computergeräte spielen könnte – und vielleicht sogar bald.
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