Koreanisches Forschungsteam erreicht Durchbruch?
Natrium (Na), das über 500-mal häufiger als Lithium (Li) vorkommt, hat in letzter Zeit aufgrund seines Potenzials in Natrium-Ionen-Batterietechnologien große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Bestehende Natriumionenbatterien sind jedoch mit grundlegenden Einschränkungen konfrontiert, darunter einer geringeren Leistungsabgabe, eingeschränkten Speichereigenschaften und längeren Ladezeiten, was die Entwicklung von Energiespeichermaterialien der nächsten Generation erforderlich macht. Am 11.04.2024 gab Präsident Kwang Hyung Le vom Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) bekannt, dass ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Jeung Ku Kang vom Department of Materials Science and Engineering eine hochenergetische, leistungsstarke Hybrid-Natrium-Ionen-Batterie entwickelt habe, die schnellladefähig sei.
Klassische Batterien – Foto © Gerhard Hofmann Agentur Zukunft
Das innovative Hybrid-Energiespeichersystem integriert typischerweise in Batterien verwendete Anodenmaterialien mit für Superkondensatoren geeignete Kathoden. Diese Kombination ermöglicht es dem Gerät, sowohl hohe Speicherkapazitäten als auch schnelle Lade-Entladeraten zu erreichen, was es zu einer praktikablen Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation macht.
Die Entwicklung einer Hybridbatterie mit hoher Energie und hoher Leistungsdichte erfordert jedoch eine Verbesserung der langsamen Energiespeicherrate von Anoden vom Batterietyp sowie die Verbesserung der relativ geringen Kapazität von Kathodenmaterialien vom Superkondensatortyp. Um dies zu berücksichtigen, nutzte Kangs Team zwei unterschiedliche metallorganische Gerüste für die optimierte Synthese von Hybridbatterien. Dieser Ansatz führte zur Entwicklung eines Anodenmaterials mit verbesserter Kinetik durch den Einschluss feiner aktiver Materialien in porösem Kohlenstoff, der aus metallorganischen Gerüsten stammt. Darüber hinaus wurde ein Kathodenmaterial mit hoher Kapazität synthetisiert, und die Kombination der Kathoden- und Anodenmaterialien ermöglichte die Entwicklung eines Natriumionenspeichersystems, das das Gleichgewicht optimiert und die Unterschiede in den Energiespeicherraten zwischen den Elektroden minimiert.
Die zusammengebaute Vollzelle, bestehend aus der neu entwickelten Anode und Kathode, bildet einen leistungsstarken Hybrid-Natrium-Ionen-Energiespeicher. Dieses Gerät übertrifft die Energiedichte handelsüblicher Lithium-Ionen-Batterien und weist die Eigenschaften der Leistungsdichte von Superkondensatoren auf. Es wird erwartet, dass es für Schnellladeanwendungen geeignet ist, die von Elektrofahrzeugen über intelligente elektronische Geräte bis hin zu Luft- und Raumfahrttechnologien reichen. Kang rechnet damit, dass der hybride Natrium-Ionen-Energiespeicher, der schnell aufgeladen werden kann und eine Energiedichte von 247 Wh/kg und eine Leistungsdichte von 34.748 W/kg erreicht, einen Durchbruch bei der Überwindung der aktuellen Einschränkungen von Energiespeichersystemen darstellt. Er erwartet breitere Anwendungen für verschiedene elektronische Geräte, einschließlich Elektrofahrzeuge.
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