Stanford: Wir haben das Gewicht der Lithium-Ionen-Stromabnehmer um 80 Prozent reduziert. Die Energiedichte steigt um 16-26 Prozent.
Wissenschaftler der Stanford University und des Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) beschlossen, die Lithium-Ionen-Zellen zu verkleinern, um ihr Gewicht zu reduzieren und damit die gespeicherte Energiedichte zu erhöhen. Dafür überarbeiteten sie die Trägerschichten nach außen: Statt breiter Kupfer- oder Aluminiumbleche verwendeten sie schmale Metallstreifen, ergänzt durch eine Polymerschicht.
Höhere Energiedichte in Li-Ion ohne hohe Investitionskosten
Jede Li-Ionen-Zelle ist eine Rolle, die aus einer Lade-Entlade-/Entladeschicht, einer Elektrode, einem Elektrolyten, einer Elektrode und einem Stromkollektor in dieser Reihenfolge besteht. Die äußeren Teile sind Metallfolien aus Kupfer oder Aluminium. Sie lassen Elektronen die Zelle verlassen und zu ihr zurückkehren.
Wissenschaftler von Stanford und SLAC haben sich entschieden, sich auf Sammler zu konzentrieren, da ihr Gewicht oft mehrere zehn Prozent des Gewichts des gesamten Glieds beträgt. Anstelle von Kupferblechen verwendeten sie Polymerfolien mit schmalen Kupferstreifen. Es zeigte sich, dass das Gewicht der Kollektoren um bis zu 80 Prozent reduziert werden konnte:
Die klassische zylindrische Lithium-Ionen-Zelle ist eine lange Rolle, die aus mehreren Schichten besteht. Wissenschaftler von Stanford und SLAC haben die Schichten reduziert, die Ladungen sammeln und leiten – Stromkollektoren. Anstelle von Kupferblechen verwendeten sie mit nicht brennbaren Chemikalien angereicherte Polymer-Kupferbleche (c) Yusheng Ye / Stanford University
Damit nicht genug: Dem Polymer können chemische Verbindungen zugesetzt werden, die eine Entzündung verhindern, und dann geht die geringere Entflammbarkeit der Elemente mit einem geringeren Gewicht einher:
Entflammbarkeit von Kupferfolie, die in einer klassischen Lithium-Ionen-Zelle und einem von amerikanischen Forschern entwickelten Kollektor verwendet wird (c) Yusheng E / Stanford University
Die Forscher sagen, dass recycelte Kollektoren die gravimetrische Energiedichte der Zellen um 16-26 Prozent erhöhen können (= 16-26 Prozent mehr Energie bei gleicher Masseneinheit). Es bedeutet, dass eine Batterie der gleichen Größe und Energiedichte kann 20 Prozent leichter sein als die aktuelle.
In der Vergangenheit wurden Versuche unternommen, das Reservoir zu optimieren, aber eine Änderung hat zu unerwarteten Nebenwirkungen geführt. Die Zellen wurden instabil oder es wurde ein [teurerer] Elektrolyt benötigt. Die von Wissenschaftlern in Stanford entwickelte Variante scheint solche Probleme nicht zu bereiten.
Diese Verbesserungen befinden sich in der frühen Forschung, also erwarten Sie nicht, dass sie vor 2023 auf den Markt kommen. Sie sehen jedoch vielversprechend aus.
Es sollte hinzugefügt werden, dass Tesla auch eine interessante Idee hat, die Ladung von Metallschichten zu sammeln. Anstatt über die gesamte Rollenlänge dünne Kupferstreifen zu verwenden und diese nur an einer Stelle (in der Mitte) herauszuziehen, bringt es diese sofort mit der überlappten Schnittkante heraus. Dadurch bewegen sich die Ladungen viel weniger weit (Widerstand!), und Kupfer sorgt für zusätzliche Wärmeübertragung nach außen:
> Werden die 4680 Zellen in Teslas neuen Akkus von oben und unten gekühlt? Nur von unten?
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