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Batterie aus Kupferschaum

05.11.2013

Ein Forscherteam der Colorado State University steht kurz davor, einen Batterieprototypen zu entwickeln, der umweltfreundlicher und billiger als herkömmliche Batterien ist. Außerdem wird der neue Akku schneller aufgeladen und hält länger.

Laut Wissenschaftlern haben moderne Batterien eine Reihe von Problemen: hohe Kosten, begrenzte Lebensdauer und giftige oder korrosive Materialien, die in der Produktion verwendet werden. Aber laut der Chemikerin der Colorado State University, Amy Prieto, gibt es zwei Hauptprobleme, die sofort angegangen werden müssen: niedrige Energiedichte und niedrige Leistungsdichte.

Die geringe Energiedichte bedeutet, dass herkömmliche Smartphone-Akkus nicht genug Energie halten können, um länger als 1-2 Tage zu halten. Und die geringe Leistungsdichte bedeutet, dass das Aufladen des Akkus Stunden statt Minuten dauert.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Prieto versucht, diese Probleme zu lösen, indem sie nach neuen Batteriekomponenten sucht. Schließlich verwendeten die Forscher Kupferschaum als Stromkollektor auf der Anodenseite der Batterie. Der Schaum ist laut den Wissenschaftlern eine geeignete Struktur. Es ist voluminöser, vergrößert die Oberfläche der Elektroden und zieht sie enger zusammen, was wiederum die Leistungsdichte der Batterie verbessert. Außerdem wirken komplexe dreidimensionale Strukturen des Schaums effizienter als Elektrode.

Auf dem Kupferschaum wird durch Galvanisieren eine Kupfer-Antimonid-Anode hergestellt. Die Anode dient künftig als Elektrode für eine elektrochemische Polymerisationsreaktion, die einen Festelektrolyten anreichert. Schließlich wird der Raum innerhalb des Schaums mit einer Aufschlämmung gefüllt, die getrocknet wird, um die Kathode zu bilden. Die Aluminiumgitterstruktur sammelt Strom auf der Kathodenseite.

Es ist wichtig zu beachten, dass das Team der Colorado State University billigere Galvanisierungsgeräte als herkömmliche Batterien verwendet. Prieto sagt, dass die Kosten für die Herstellung von Kupferschaumbatterien etwa halb so hoch sein werden wie für herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Der Konzern geht außerdem davon aus, dass Kupferschaumbatterien bei gleicher Kapazität um ein Drittel kleiner sein werden als Lithium-Ionen-Batterien. Das Aufladen erfolgt 5- bis 10-mal schneller und die Betriebszeit verlängert sich um etwa das 10-fache im Vergleich zu herkömmlichen Batterien.

Die neue Batterie wird außerdem umweltfreundlich und sicher sein. Festelektrolyt reduziert die Brandgefahr. Darüber hinaus verwendete das Team ungiftige Substanzen zur Herstellung von Batterien.

Nach der erfolgreichen Erstellung einer 2D-Batterie auf einer Kupferplatte machten sich die Forscher daran, alle Komponenten in einen XNUMXD-Batterieprototyp zu integrieren. Für den ersten Test werden Elektrofahrräder und tragbare Elektronik verwendet.

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