Eine Gruppe an der Cornell University hat eine neue Nano-Batterie gebaut, mit der ihre elektronischen Geräte in Sekundenschnelle aufgeladen werden können. Eine Standardbatterie wurde von der Gruppe neu gestaltet. Anstatt eine Anode und eine Kathode auf beiden Seiten eines nichtleitenden Separators zu haben, verschränkten sie die Komponenten zu einer selbstorganisierenden 3D-Kreiselstruktur. Dies führte zu Tausenden von nanoskaligen Poren, die mit den für die Energiespeicherung und -abgabe erforderlichen Elementen gefüllt waren.
“Dies ist wirklich eine revolutionäre Batteriearchitektur”, sagte Ulrich Wiesner, Ingenieurprofessor an der Schule. “Diese dreidimensionale Architektur eliminiert grundsätzlich alle Totvolumenverluste auf Ihrem Gerät. Noch wichtiger ist, dass Sie durch Reduzieren der Dimensionen dieser interpenetrierten Domänen auf die Nanoskala wie wir eine um Größenordnungen höhere Leistungsdichte erzielen. “Mit anderen Worten, Sie können in viel kürzeren Zeiten auf die Stromversorgung zugreifen, als dies normalerweise bei herkömmlichen Batteriearchitekturen der Fall ist.”
(Quelle: Daily Mail)Der Akku wurde auf den Nanobereich reduziert. “Wenn Sie das Kabel in Sekundenschnelle, vielleicht sogar noch schneller, in den Stecker stecken, wird der Akku aufgeladen.” Es gibt Tausende von Poren, die nur 40 nm breit sind, in den Kohlenstofffilmen, aus denen die Anode besteht.
Diese Kohlenstofffilme sind mit einem 10 nm dicken Separator beschichtet, der ein Isolator, aber auch ein Ionenleiter ist. Dies führt zur Erzeugung einer lochfreien Schicht. Dies ist von größter Bedeutung, da Defekte wie Löcher im Separator Brände in Mobiltelefonen und Laptops verursachen können.
Die Kathode besteht aus Schwefel, der die verbleibenden Poren nicht vollständig ausfüllt. Schwefel kann Elektronen aufnehmen, leitet aber keinen Strom. Der letzte Schritt besteht darin, die Poren mit einem elektronisch leitenden Polymer zu füllen. Dies hat viele Herausforderungen und ist nicht leicht zu erreichen.
Während des Entladens und Ladens der Batterie treten Volumenänderungen auf, und der Polymerladungskollektor verschlechtert sich allmählich, da er nicht der gleichen Volumenexpansion wie Schwefel ausgesetzt ist. “Wenn sich Schwefel ausdehnt”, sagte Wiesner, “haben Sie diese kleinen Polymerstücke, die auseinander reißen und sich dann nicht wieder verbinden, wenn sie wieder schrumpfen.” Dies bedeutet, dass es Teile der 3D-Batterie gibt, auf die Sie nicht zugreifen können. “
Das Team arbeitet derzeit an der Verfeinerung des Designs.
