Kann die Lebensdauer der Lithium-Ionen-Batterie durch die Zugabe von Wasserstoff verlängert werden?

著者：Iflowpower – Dodavatel přenosných elektráren

Die Forscher des Raunns Rifo Moore National Laboratory (LLNL) fanden heraus, dass die Batteriekapazität erheblich verbessert werden kann, wenn den Elektroden der Lithium-Ionen-Batterie das Element Wasserstoff hinzugefügt wird, was die Betriebszeit verlängert und die Übertragungsvorgänge beschleunigt. Bei der Lithium-Ionen-Batterie handelt es sich um einen wiederaufladbaren Batterietyp. Beim Entladen werden die Lithium-Ionen von der Batterie zur positiven Elektrode bewegt, während beim Laden die Lithium-Ionen der positiven Elektrode zurück zur negativen Elektrode bewegt werden. Bei der Lithium-Ionen-Batterie handelt es sich um einen wiederaufladbaren Batterietyp. Beim Entladen werden die Lithium-Ionen von der Batterie zur positiven Elektrode bewegt, während beim Laden die Lithium-Ionen der positiven Elektrode zurück zur negativen Elektrode bewegt werden.

Lithium-Ionen-Batterien verfügen über mehrere wichtige Eigenschaften, Spannung und Energiedichte. Die Leistung dieser Eigenschaften wird letztendlich durch die Kombination aus Lithium-Ionen und Elektrodenmaterialien bestimmt. In der Struktur der Elektrode können geringfügige Änderungen in der Chemie und den Formen die Bindungsstärke der Lithiumionen erheblich beeinflussen. Durch Experimente und Berechnungen haben Forscher des Livermore National Lab herausgefunden, dass die mit Wasserstoff behandelte Graphenschaumelektrode in einer Lithium-Ionen-Batterie eine höhere Kapazität und eine schnellere Übertragungskapazität aufweist.

„Diese Erkenntnisse liefern eine Qualitätsanalyse, die bei der Entwicklung von Hochleistungselektroden auf der Basis von Graphenmaterial hilft“, sagte der Materialwissenschaftler Morriswang vom LLNL. Er ist auch einer der Autoren dieses im Natural Science Report (NatureScientificReports Journal) veröffentlichten Artikels. Gallenmaterialien werden in der kommerziellen Anwendung von Energiespeicherelementen, einschließlich Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren, verwendet, was die Möglichkeit, dieses Material kostengünstiger herzustellen, erheblich beeinträchtigt.

Bei der üblicherweise verwendeten chemischen Synthesemethode bleibt schließlich eine große Zahl von Wasserstoffatomen übrig, wodurch sich die Auswirkungen auf die elektrochemische Leistung von Graphen nur schwer bestimmen lassen. Bei Experimenten im Livermore Lab haben Forscher herausgefunden, dass das Wasserstoffelement die Grundtemperaturbehandlung von kornreichem Graphen gezielt verbessert, was die Ratenkapazität tatsächlich verbessern kann. Nach den Defekten des Wasserstoffelements und den Defekten im Graphen werden kleinere Poren geöffnet, wodurch Lithiumionen leichter eindringen können und die Übertragungsrate verbessert wird.

Eine höhere zyklische Kapazität kann durch ein Lithiumion bereitgestellt werden, das an der neuen Kante befestigt ist (höchstwahrscheinlich haftet es am Wasserstoffelement). „Die Leistungsverbesserung der Elektrode ist ein wichtiger Durchbruch, der weitere Anwendungen in der realen Welt ermöglichen kann“, sagte der Postdoktorand des Livermore Laboratory Materials Science und wichtige Autor der Forschungsarbeiten. Um die Hydrierung und Hydrierungsdefekte in den Lithiumionenspeichereigenschaften von Graphen auszunutzen, wendeten die Forscher verschiedene Wärmebehandlungsbedingungen an, die durch das bindende Wasserstoffelement freigelegt wurden, und konzentrierten sich dabei auf die elektrochemischen Eigenschaften seines 3D-Graphen-Nanoschaums (GNF).

Besteht aus defektem Graphen. Die Forscher verwenden 3D-Graphit-Nanoschaum, da dieser über zahlreiche potenzielle Anwendungsmöglichkeiten verfügt, darunter Wasserstoffspeicherung, Katalyse, Filtration, Isolierung, Energieabsorption, Kapazitätsentsalzung, Superkondensatoren und Lithium-Ionen-Batterien usw. Die Eigenschaften des nicht klebenden Graphen-3D-Schaum-Klebstoffs können nicht komplizierter sein, da das Additiv komplizierter ist und daher als ideale Wahl für die Mechanismusforschung verwendet werden kann.

„Wir haben festgestellt, dass die Graphitölschaumelektrode nach der Behandlung mit Wasserstoffelement einen deutlichen Fortschritt aufweist. Durch die Kombination dieses Experiments werden wir die subtilen Wechselwirkungen und Fortschritte zwischen Defekten und Wasserstofflösungen verfolgen. „Als Reaktion auf die Ergebnisse einiger kleiner Änderungen in der Chemie und Morphologie des Graphens ist es möglich, überraschende signifikante Auswirkungen auf die Leistung zu erzielen“, so Brandonwood, ein weiterer Autor dieser Studie, die Forscher des LLNL.

Laut dieser Studie kann diese kontrollierte Wasserstoffelementbehandlung auch in anderen Anodenmaterialien auf Graphenbasis verwendet werden, um eine optimierte Lithiumionenübertragung und recycelbare Speicheranwendungen zu erreichen.