Forschende präsentieren skalierbare Graphen-Technologie zur Verbesserung von Batteriesicherheit und -leistung
Ein Forscherteam der Swansea University, in Zusammenarbeit mit der Wuhan University of Technology und der Shenzhen University, hat eine innovative Methode zur großflächigen Herstellung von Graphen-Stromkollektoren entwickelt. Diese neue Technologie verspricht, die Sicherheit und Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) erheblich zu verbessern und damit eine zentrale Herausforderung in der Energiespeichertechnologie zu adressieren.
Maßgeschneiderte Graphen-Folien für effizientere Batterien
In einer in Nature Chemical Engineering veröffentlichten Studie erläutern die Forschenden erstmals ein Verfahren zur kommerziellen Herstellung von fehlerfreien Graphen-Folien. Diese Folien bieten eine außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit von bis zu 1.400,8 W m⁻¹ K⁻¹ – fast zehnmal höher als die herkömmlichen Stromkollektoren aus Kupfer und Aluminium, die derzeit in LIBs verwendet werden.
Dr. Rui Tan von der Swansea University, einer der Hauptautoren der Studie, erklärt:
„Unser Verfahren ermöglicht die Produktion von Graphen-Stromkollektoren in einer Qualität und Skalierung, die direkt in die kommerzielle Batteriefertigung integriert werden kann. Dadurch wird nicht nur die Sicherheit der Batterien durch effektives Wärmemanagement verbessert, sondern auch die Energiedichte und Lebensdauer der Batterien erheblich gesteigert.“
Schutz vor thermischem Durchgehen und mehr Effizienz
Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung hochenergetischer LIBs, insbesondere für Elektrofahrzeuge, ist das thermische Durchgehen – ein gefährlicher Zustand, bei dem übermäßige Hitze zu Batterieausfällen führt, oft mit verheerenden Folgen wie Bränden oder Explosionen. Die neu entwickelten Graphen-Stromkollektoren sollen dieses Risiko minimieren, indem sie Wärme effizient ableiten und exotherme Reaktionen verhindern, die zu solchen Fehlfunktionen führen könnten.
Dr. Jinlong Yang von der Shenzhen University, ebenfalls Mitautor der Studie, erläutert:
„Unsere dichte, ausgerichtete Graphenstruktur bildet eine robuste Barriere gegen die Bildung entzündlicher Gase und verhindert das Eindringen von Sauerstoff in die Batteriezellen. Dies ist entscheidend, um katastrophale Ausfälle zu vermeiden.“
Kommerzielle Skalierbarkeit und Zukunftsperspektiven
Das neue Verfahren ist nicht nur ein Erfolg im Labor, sondern eine skalierbare Lösung, die es ermöglicht, Graphen-Folien in Längen von Metern bis Kilometern zu produzieren. In einer beeindruckenden Demonstration ihrer Möglichkeiten stellten die Forschenden eine 200 Meter lange Graphen-Folie mit einer Dicke von nur 17 Mikrometern her. Diese Folie behielt auch nach über 100.000 Biegungen ihre hohe elektrische Leitfähigkeit, was sie ideal für den Einsatz in flexibler Elektronik und anderen fortschrittlichen Anwendungen macht.
Das Forscherteam, geleitet von Prof. Liqiang Mai und Prof. Daping He von der Wuhan University of Technology, arbeitet weiterhin daran, die Dicke der Graphen-Folien zu reduzieren und ihre mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern. Zudem wird die Anwendung dieses neuen Materials über Lithium-Ionen-Batterien hinaus untersucht, etwa für Redox-Flow-Batterien und Natrium-Ionen-Batterien, in Zusammenarbeit mit dem Team von Professorin Serena Margodonna von der Swansea University.
Quelle:https://www.swansea.ac.uk/press-office/news-events/news/2024/08/researchers-unveil-scalable-graphene-technology-to-revolutionise-battery-safety-and-performance.php
