Natrium-Ionen-Batterie. Kostenlose Neuigkeiten aus der technischen Bibliothek

Kostenlose technische Bibliothek

NACHRICHTEN AUS WISSENSCHAFT UND TECHNOLOGIE, NEUHEITEN IN DER ELEKTRONIK
Kostenlose technische Bibliothek / Newsfeed

Natrium-Ionen-Akku

12.03.2015

Chemiker haben eine Natrium-Ionen-Batterie hergestellt, die genauso gut funktioniert wie die Lithium-Ionen-Batterie, an die wir gewöhnt sind.

Vor einigen Jahren wurde vorgeschlagen, dass es für die Menschheit an der Zeit sei, über eine bevorstehende Verknappung nachzudenken, aber nicht über die Öl- und Gasverknappung, vor der wir normalerweise Angst haben, sondern über die Verknappung eines Alkalimetalls – Lithium. In unserem Leben gibt es immer mehr elektronische Geräte und allerlei Gadgets. Und alle, vom Mobiltelefon bis zum Elektroauto, nutzen in Batterien gespeicherte elektrische Energie. Die meisten davon sind Lithium-Ionen-Akkus. Heute ist es die häufigste Art von wiederaufladbaren Batterien. Und obwohl es in naher Zukunft unwahrscheinlich ist, dass es zu Kriegen um Lithiumvorkommen kommt, könnten ihre Kosten steigen. Und das bedeutet, dass es an der Zeit ist, über billigere Batterien nachzudenken, die andere Zellen verwenden würden. Entwickler setzen auf den nächsten Verwandten von Lithium im Periodensystem - Natrium, als ein viel häufigeres und kostengünstigeres Metall.

Warum kann man nicht einfach Lithium in einer Batterie durch Natrium ersetzen? Es geht um Atomgröße. Obwohl Lithium und Natrium in ihren chemischen Eigenschaften sehr ähnlich sind, ist das Natriumatom deutlich größer als das Lithiumatom. Und es erweist sich als kritisch für den Betrieb der Batterie. Eine Lithiumbatterie hat zwei Elektroden, eine aus Kohlenstoff oder Graphit und die andere aus einem Metalloxid wie Kobalt. Lithium-Ionen dienen als Ladungsträger zwischen den Elektroden, weshalb sie eigentlich als Lithium-Ionen-Batterien bezeichnet werden. Beim Wiederaufladen werden Lithium-Ionen von der Metalloxid-Elektrode freigesetzt und wandern zur zweiten Elektrode, die aus Kohlenstoff besteht.

Lithiumatome sind so groß, dass sie sich leicht in die Struktur der Elektrode integrieren lassen. Dieser Vorgang wird als Interkalation bezeichnet, bei der sich Metallionen zwischen die Atomlagen des Graphits „quetschen“. Beim Entladen findet der umgekehrte Vorgang statt – Lithiumionen verlassen die Graphitelektrode und kehren zur zweiten Elektrode zurück.

Der springende Punkt dieses elektrochemischen Prozesses ist nur der Einbau von Ionen in die Elektrode. Je schneller und leichter es passiert, desto größer kann die Momentanleistung sein. Wenn der Vorgang langsam ist, kann die Batterie nicht den Strom liefern, der zum Betrieb des Geräts erforderlich ist. Genau das ist die Schwierigkeit bei der Entwicklung einer Natrium-Ionen-Batterie. Eine Kohleelektrode ist nicht geeignet, da Natriumionen aufgrund ihrer Größe nur sehr ungern in die Graphitstruktur eingebaut werden.

Deshalb suchen Elektrochemiker nach Elektrodenmaterialien, die für die konventionelle Elektronik geeignet sind. Schließlich ist es möglich, eine Batterie mit Natriumionen herzustellen, und sie wird funktionieren. Der springende Punkt ist, dass sie nicht so klein, geräumig und leistungsstark wie Lithium ist. Aber Leistung und Größe sind die wichtigsten Parameter für mobile Geräte.

Ein Forscherteam um Professor Yong Lei von der Technischen Universität Ilmenau in Deutschland hat ein Material entwickelt, aus dem eine Elektrode in einer Natrium-Ionen-Batterie hergestellt werden kann, damit es Lithium in Sachen Leistung nicht nachsteht und Kapazität.

Zunächst analysierten die Chemiker, welche Eigenschaften das Elektrodenmaterial haben sollte, um eine effektive Einbringung von Natrium-Ionen zu gewährleisten. Die Wahl fiel auf konjugierte Aromaten der Klasse der trans-Stilbene. Sie besitzen die Fähigkeit zur Ladungsübertragung, sind beim Laden und Entladen der Batterie stabil und bilden intermolekulare Schichten, zwischen denen Natrium leicht eingebracht werden kann.

Chemiker testeten, wie gut eine Elektrode aus einem solchen Material funktionieren würde und es stellte sich heraus, dass bei einer mittleren Stromdichte von 1 A/g die Kapazität 160 mAh/g betragen würde, was Lithium-Ionen-Akkus in nichts nachsteht. Auch im Dauertest schneidet der Akku gut ab und hält nach 70 Lade-Entlade-Zyklen noch 400 % Kapazität. Und obwohl die kommerzielle Umsetzung des Projekts noch weit entfernt ist, weisen die erzielten Ergebnisse darauf hin, dass Natrium-Ionen-Batterien eine Lebensberechtigung haben und die bereits bekannten Li-Ionen-Batterien im Prinzip ersetzen können.

<< Zurück: Innovativer Windgenerator ohne Rotorblätter 13.03.2015

>> Weiter: Mean Well Outdoor Netzteile LPV-150 12.03.2015

Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:

Die Existenz einer Entropieregel für die Quantenverschränkung wurde nachgewiesen 09.05.2024

Die Quantenmechanik überrascht uns immer wieder mit ihren mysteriösen Phänomenen und unerwarteten Entdeckungen. Kürzlich stellten Bartosz Regula vom RIKEN Center for Quantum Computing und Ludovico Lamy von der Universität Amsterdam eine neue Entdeckung vor, die sich mit der Quantenverschränkung und ihrem Zusammenhang mit der Entropie befasst. Quantenverschränkung spielt eine wichtige Rolle in der modernen Quanteninformationswissenschaft und -technologie. Aufgrund der Komplexität seiner Struktur ist es jedoch schwierig, es zu verstehen und zu verwalten. Die Entdeckung von Regulus und Lamy zeigt, dass die Quantenverschränkung einer Entropieregel folgt, die der für klassische Systeme ähnelt. Diese Entdeckung eröffnet neue Perspektiven im Bereich der Quanteninformationswissenschaft und -technologie und vertieft unser Verständnis der Quantenverschränkung und ihrer Verbindung zur Thermodynamik. Die Ergebnisse der Studie weisen auf die Möglichkeit der Reversibilität von Verschränkungstransformationen hin, was ihre Verwendung in verschiedenen Quantentechnologien erheblich vereinfachen könnte. Eine neue Regel öffnen ... >>

Mini-Klimaanlage Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

Der Sommer ist eine Zeit der Entspannung und des Reisens, doch oft kann die Hitze diese Zeit zu einer unerträglichen Qual machen. Lernen Sie ein neues Produkt von Sony kennen – die Mini-Klimaanlage Reon Pocket 5, die verspricht, den Sommer für ihre Benutzer angenehmer zu gestalten. Sony hat ein einzigartiges Gerät vorgestellt – den Reon Pocket 5 Mini-Conditioner, der an heißen Tagen für Körperkühlung sorgt. Damit können Benutzer jederzeit und überall Kühle genießen, indem sie es einfach um den Hals tragen. Diese Mini-Klimaanlage ist mit einer automatischen Anpassung der Betriebsmodi sowie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren ausgestattet. Dank innovativer Technologien passt Reon Pocket 5 seinen Betrieb an die Aktivität des Benutzers und die Umgebungsbedingungen an. Benutzer können die Temperatur einfach über eine spezielle mobile App anpassen, die über Bluetooth verbunden ist. Darüber hinaus sind speziell entwickelte T-Shirts und Shorts erhältlich, an denen ein Mini-Conditioner angebracht werden kann. Das Gerät kann oh ... >>

Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

Mit dem Aufkommen neuer Technologien und der Entwicklung von Raumfahrtprogrammen wird die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum immer machbarer. Der Leiter des Startups Virtus Solis teilte seine Vision mit, mit dem Raumschiff von SpaceX Orbitalkraftwerke zu bauen, die die Erde mit Strom versorgen können. Das Startup Virtus Solis hat ein ehrgeiziges Projekt zur Schaffung von Orbitalkraftwerken mit dem Starship von SpaceX vorgestellt. Diese Idee könnte den Bereich der Solarenergieerzeugung erheblich verändern und sie zugänglicher und kostengünstiger machen. Der Kern des Plans des Startups besteht darin, die Kosten für den Start von Satelliten ins All mithilfe von Starship zu senken. Es wird erwartet, dass dieser technologische Durchbruch die Solarenergieproduktion im Weltraum gegenüber herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähiger machen wird. Virtual Solis plant den Bau großer Photovoltaikmodule im Orbit und nutzt Starship für die Lieferung der notwendigen Ausrüstung. Allerdings eine der größten Herausforderungen ... >>

Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Durch die Analyse von Benutzeraktionen funktioniert das Telefon länger 30.03.2014

Apple beabsichtigt, die Akkulaufzeit des iPhones zu erhöhen. Und eine der Möglichkeiten, die ihr dabei helfen können, ist die Untersuchung des Nutzerverhaltens. In einer vom US-Patent- und Markenamt veröffentlichten Patentanmeldung schlagen Entwickler vor, ein Smartphone mit einer Funktion auszustatten, die die Batterieentladezyklen eines Mobilgeräts analysiert.

Basierend auf den Ergebnissen der Analyse kann das Smartphone vorhersagen, was der Benutzer in naher Zukunft genau tun wird: ein Spiel starten, einen Film einschalten oder das Smartphone einfach in eine Tasche oder auf einen Tisch stecken einige Stunden.

Basierend auf diesen Erkenntnissen wird das iPhone in der Lage sein, die Parameter des Smartphones anzupassen: Beispielsweise den Prozessortakt zu reduzieren, damit er weniger Energie verbraucht, wenn das Gerät nicht verwendet wird, und ihn nur zu bestimmten Zeiten zu erhöhen, wenn dies der Fall ist notwendig.

„Wenn der Nutzer Kaffee gekauft hat – was durch eine Transaktion über ein E-Wallet oder durch GPS-Koordinaten festgestellt werden kann, ist davon auszugehen, dass er sich für die nächsten 20-30 Minuten ausruht und daher entweder beginnt, die Nachrichten auf seinem Smartphone zu lesen oder ein Spiel spielen. In diesem Fall liegt es in unserem Interesse, seine maximale Leistung sicherzustellen", nennen die Ingenieure eines der Beispiele.

Die restliche Zeit kann der Prozessor mit einer niedrigeren Frequenz laufen, wodurch Batterie gespart wird. An diesem Schema hält sich Nvidia bei seinen beiden neuesten Mobilprozessoren Tegra 4 und Tegra 5. In diesen Chips gibt es neben 4 Hauptkernen einen fünften Kern, der für die Ausführung von Standard-Betriebssystemfunktionen bei maximaler Leistung zuständig ist ist nicht nötig.

Zusätzlich zum Ändern der Taktfrequenz kann das Gerät die Helligkeit des Bildschirms anpassen und sie verringern, wenn der Benutzer einen dunklen Raum betritt. Jetzt macht das der Lichtsensor, aber seine Arbeit kann effizienter gemacht werden, indem die Vorlieben des Besitzers des Mobilgeräts analysiert werden, ist sich Apple sicher.

Voll sehen Archiv für Wissenschafts- und Technologienachrichten, neue Elektronik

Alle Sprachen dieser Seite

Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen