Japanische Innovation in BatterienEin Gel, das verspricht, Lithiumbatterien zu revolutionieren

Das Tokyo Institute of Science hat einen innovativen quasi-festen Elektrolyten entwickelt, der die Sicherheit, Leistung und Nachhaltigkeit von Lithium-Ionen-Batterien transformieren könnte. Dieses Material, das als 3D-SLISE (3D-Slime Interface Quasi-Solid Electrolyte) bezeichnet wird, bietet eine Lösung für historische Probleme dieser Art von Akkumulatoren, wie das Risiko der Entflammbarkeit, hohe Produktionskosten und Schwierigkeiten beim Recycling.

Lithium-Ionen-Batterien werden in allem verwendet, von Mobiltelefonen bis hin zu Elektroautos, aber ihre Abhängigkeit von brennbaren organischen Lösungsmitteln, energieintensiven Herstellungsprozessen und ineffizienten Recyclingmethoden hat erhebliche Bedenken hinsichtlich Sicherheit, Kosten und Umwelt aufgeworfen.

Schnelles Laden und sauberere Produktion

Das Team unter der Leitung von Professor Yosuke Shiratori und dem außerordentlichen Professor Shintaro Yasui vom Zero Carbon Energy Research Institute hat eine Matrix aus Borat und Wasser kombiniert mit amorphem Lithiumtetraborat, Lithiumsalz und Carboxymethylcellulose geschaffen. Das Ergebnis ist eine viskose Schnittstelle, die die dreidimensionale Bewegung von Lithiumionen ermöglicht und die ionische Leitfähigkeit und Vielseitigkeit des Systems verbessert.

Es wurden zwei Varianten entwickelt: die Typ E, die mit Lithiumcobaltoxid für die Kathode und Lithiumtitanat für die Anode gemischt wird, und die Typ S, die als quasi-feste Schicht zwischen den Elektroden verwendet wird.

Mit ihnen wurden Batterien mit 2,35 Volt hergestellt, die in nur 20 Minuten geladen oder entladen werden können und ihre Leistung nach 400 Zyklen bei Raumtemperatur beibehalten. Die ionische Leitfähigkeit erreicht 2,5 mS/cm mit einer niedrigen Aktivierungsenergie von 0,25 eV, was einen effizienten Betrieb unter Umgebungsbedingungen ermöglicht.

Einer der bemerkenswertesten Punkte ist, dass der Herstellungsprozess keine Trockenräume, Handschuhkästen oder Hochtemperaturbehandlungen erfordert. Die Mischungen trocknen auf natürliche Weise bei Raumtemperatur, was Kosten, Energieverbrauch und CO2-Fußabdruck reduziert. Dieser Ansatz öffnet die Tür zu einer skalierbaren und nachhaltigeren industriellen Produktion.

Direktes Recycling ohne aggressive Chemikalien

Die wasserbasierte Zusammensetzung von 3D-SLISE bietet einen weiteren entscheidenden Vorteil: ein direktes und einfaches Recycling. Da sie keine Polyvinylidenfluorid-Bindemittel oder toxischen Lösungsmittel enthält, reicht es aus, die Elektroden in Wasser zu tauchen, um die aktiven Materialien zu trennen und zurückzugewinnen. Dies ermöglicht es, wertvolle Metalle wie Kobalt ohne aggressive chemische Behandlungen oder energieintensive Prozesse zurückzugewinnen.

Diese Einfachheit könnte helfen, das wachsende Problem der Batteriereste am Ende ihrer Lebensdauer anzugehen und eine zirkuläre Wirtschaft zu fördern, in der Materialien wiederverwendet werden, anstatt entsorgt zu werden. Laut Yasui hat die Technologie das Potenzial, nicht nur in tragbaren Geräten und stationären Speichersystemen, sondern auch in Elektroautos angewendet zu werden.

Die Kombination aus Sicherheit, Recyclingfähigkeit und geringer Umweltbelastung positioniert 3D-SLISE als einen vielversprechenden Weg zu einer saubereren Energiespeicherung, ohne die Leistung zu opfern.

Fuente: ISCTFotos: ISCT