Batterie ist ein technischer Begriff für Batterien, die Energie speichern. Es gibt verschiedene Arten von Batterien, darunter Festkörperbatterien und Lithium-Ionen-Batterien. Jede von ihnen hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, und es ist wichtig, die Unterschiede zwischen ihnen zu kennen. Hier erfährst du mehr über sie.
Lithium-Ionen-Batterien
Die Erfinder der Lithium-Ionen-Batterien haben für ihre bahnbrechende Arbeit den Nobelpreis für Chemie erhalten. Dr. Goodenough, der das Labor für anorganische Chemie an der Universität Oxford leitete, entdeckte, dass Lithiumkobaltoxid als Kathodenmaterial in Batterien verwendet werden kann. Diese Entdeckung führte zur Kommerzialisierung der ersten wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie durch die Sony Corporation.
Heute werden Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen, Hybridautos, Motorrädern, modernen Elektrorollstühlen und ferngesteuerten Autos eingesetzt. Diese Batterien haben eine hohe Energiedichte und lassen sich schnell aufladen. Sie haben auch eine extrem lange Lebensdauer und können in der Regel Tausende von Lade- und Entladezyklen durchlaufen.
Gegenwärtig befindet sich die Branche in einer Phase der Entwicklung. Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung leistungsfähigerer, leichterer und billigerer Batterien. Die Unternehmen arbeiten auch an der Entwicklung neuer Kathodenmaterialien. In einem kürzlich erschienenen Artikel in Nikkei wurde berichtet, dass Nissan bei seiner Präsentation auf dem Green Car Congress 2015 eine Mangan-Kathode verwenden wird.
Die Entwicklung neuer Materialien, die mehr Lithiumionen speichern können, ist entscheidend für die Zukunft dieser Technologie. Der nächste Durchbruch in der Batterietechnologie wird in ein paar Jahren erwartet. Die Entwicklung neuer Familien bahnbrechender aktiver Materialien wird uns helfen, die derzeitigen Grenzen zu überwinden. Diese Verbindungen können die Speicherkapazität von Lithium-Ionen erhöhen, so dass sie mehr Energie speichern können als je zuvor. Außerdem können sie so konzipiert werden, dass sie knappe Rohstoffe verwenden.
Trotz dieser Fortschritte gibt es noch einige Herausforderungen für Lithium-Ionen-Batterien. Eines der größten Probleme ist, dass sie sich überhitzen können und besonders anfällig für hohe Spannungen sind. In extremen Fällen kann dies zum thermischen Durchgehen, zum Bruch der Zelle und zur Verbrennung führen. Dies ist ein ernstes Problem und ein erhebliches Risiko für die Batterien. Es gibt jedoch ausfallsichere Schaltkreise in Lithium-Ionen-Batterien, die so ausgelegt sind, dass das Risiko einer Batterieexplosion vermieden wird.
Die European Battery Alliance (EBA) arbeitet an der Entwicklung einer neuen Generation von Lithium-Ionen-Batterien. Es handelt sich um eine gemeinschaftliche Initiative, an der 600 industrielle Akteure beteiligt sind und die darauf abzielt, eine starke europäische Batterieindustrie zu schaffen. Ein Projekt, Northvolt, entwickelt ein Konzept für die Herstellung der nächsten Generation von Lithium-Ionen-Batterien. Das innovative Unternehmen zielt darauf ab, Größenvorteile und vertikale Integration zu nutzen, um die Grenzen der Batterieleistung zu erweitern.
Eine Lithium-Ionen-Batterie hat die Form eines Zylinders. Die positive Elektrode ist in der Regel ein Metalloxid, während die negative Elektrode aus Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel besteht. Die elektrochemischen Funktionen der Elektroden kehren sich um, je nachdem, in welche Richtung der Strom durch die Zelle fließt. Lithium-Ionen-Batterien sind ein wesentlicher Bestandteil des modernen Lebens.
Ein Durchbruch in der Batterietechnologie kann zu einer erschwinglicheren Zukunft für alle führen. Wenn die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien gesenkt werden, kann die Welt einer nachhaltigen Zukunft entgegengehen. Und 24M verfügt über die richtige Technologie, um dies zu ermöglichen. Sein Durchbruch in der halbfesten Lithium-Ionen-Technologie wird es ermöglichen, eine bessere Batterie für weniger Geld herzustellen.
Festkörperbatterien
Festkörperbatterien sind die Zukunft der Batterie und können Ihnen helfen, das Beste aus Ihren Geräten herauszuholen. Diese Batterien haben eine solide Struktur, mit der sie bis zu 80 % schneller aufgeladen werden können als herkömmliche Batterien. Außerdem halten sie länger als Lithium-Ionen-Batterien und verringern den Batterieabfall. Außerdem ist das Risiko eines thermischen Durchgehens, das bei Lithium-Ionen-Batterien besteht, bei diesen Batterien geringer.
Obwohl sich die Entwicklung von Festkörperbatterien für die Automobilindustrie noch im Versuchsstadium befindet, investieren viele Automobilhersteller große Summen in Forschung und Entwicklung. Zu ihnen gehören Mercedes, Volkswagen und Toyota. Es wird erwartet, dass diese Unternehmen bis etwa 2024 über eine endgültige Technologie für Festkörperbatterien verfügen werden.
Trotz ihrer vielen Vorteile haben Festkörperbatterien noch einige Einschränkungen. Festkörperbatterien sind anfällig für thermisches Durchgehen. Ein thermisches Durchgehen liegt vor, wenn die Temperatur einer Zelle in einer Batterie ansteigt und dadurch ähnliche Reaktionen in den anderen Zellen ausgelöst werden. Dies kann einen Brand verursachen. Außerdem ist der in Festkörperbatterien verwendete flüssige Elektrolyt brennbar. Dadurch kann es schwierig sein, einen Batteriebrand zu löschen.
Die Festkörperbatterie entwickelt sich bereits zu einer praktikablen Alternative für Lithium-Ionen-Batterien, und Wissenschaftler der Brown University haben bereits ein aus Bäumen gewonnenes Material für Festkörperbatterien entwickelt. Das Material ist hauchdünn und hat eine bessere Ionenleitfähigkeit als herkömmliche Polymer-Ionen-Leiter. Es könnte eine brauchbare Alternative für die Kathode und den Elektrolyten in einer Festkörperbatterie sein. Im Erfolgsfall könnte diese Technologie dazu beitragen, die herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien in naher Zukunft zu ersetzen.
Der Automobilsektor hat ebenfalls ein neues Interesse an Festkörperbatterietechnologien gezeigt. Im Jahr 2011 brachte das italienische Unternehmen Bollore eine Flotte von elektrisch betriebenen BlueCar-Modellen auf den Markt, die zunächst in Zusammenarbeit mit dem Carsharing-Dienst Autolib und später auch für Privatkunden angeboten wurden. Die Autos waren ein Schaufenster für die elektrobetriebene Zelltechnologie von Bollore. Das BlueCar-Modell verfügte über eine 30-kWh-Lithium-Metall-Polymer-Batterie mit einem polymeren Elektrolyt.
Festkörperbatterien könnten die Elektrofahrzeugindustrie revolutionieren, da sie mehr Energie speichern, schneller aufladen und mehr Sicherheit bieten können. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass Festkörperbatterien kein Steuer- oder Kühlsystem benötigen, was die Gesamtgröße und das Gewicht des Fahrzeugs verringert. Außerdem sind sie viel effizienter als Lithium-Ionen-Batterien, die anfällig für Brände und das Auslaufen von Chemikalien sind.
Festkörperbatterien können sowohl in Personenkraftwagen als auch in Nutzfahrzeugen eingesetzt werden. Die Technologie wird bereits in den Elektrobussen von BlueBus eingesetzt. Auch Verkehrs- und Passagierflugzeuge können von dieser Technologie profitieren. Festkörperbatterien könnten sogar herkömmliche Batterien in der Schifffahrtsindustrie ersetzen. So könnten sie schließlich zu unserem technologischen Begleiter im Leben werden.
Das Unternehmen hat eine Partnerschaft mit dem Volkswagen-Konzern und hat 300 Millionen Dollar in das Unternehmen investiert. Es hat feuerfeste Testbatterien entwickelt, die selbst nach 1.100 Zyklen noch bis zu 80 % ihrer Kapazität behalten haben. Das Unternehmen hofft, diese Zellen bis 2024 auf den Markt bringen zu können.
Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien sind ein wichtiger Bestandteil unserer modernen Welt. Während herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien einen flüssigen Elektrolyten enthalten, verwenden Festkörperbatterien statt eines Elektrolyten ein festes Material, um die Ionen zu bewegen. Diese Batterien können aus Polymeren oder anorganischen Verbindungen hergestellt werden und können das Leistungsgewicht und die Lebensdauer der Batterie verbessern. Diese Batterien befinden sich jedoch noch in einem frühen Stadium der Entwicklung. Es ist zu erwarten, dass diese neuen Materialien in Zukunft verfügbar sein werden, sobald sie weiter erforscht sind.
Die positive Elektrode einer Lithium-Ionen-Batterie wird als Kathode bezeichnet. Sie hat eine spezielle Oberfläche, die den Strom absorbiert. Sie besteht normalerweise aus Lithium und Kohlenstoff- oder Graphitpulver. Sie enthält auch eine Kupferschicht. Die Zusammensetzung und die Partikelgröße der Kathode bestimmen ihre Kapazität und ihr Alterungsverhalten.
Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien ist in den letzten Jahren stark gestiegen. Eine Reihe von technologischen Fortschritten und staatlichen Maßnahmen haben zur Popularität der Batterie beigetragen. Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen wird auch die Nachfrage nach ihnen weiter steigen. Dies wird auch zu billigeren Batteriespeichern führen.
Trotz der Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien sind sie auch anfällig für gefährliche Fehlfunktionen. Eines der häufigsten Probleme ist ein Batteriebrand. Diese Vorfälle sind zwar selten, kommen aber dennoch vor. Die meisten Brände bei Lithium-Ionen-Batterien entstehen durch einen internen Kurzschluss in der Batterie. Die positiven und negativen Elektroden sind durch eine Trennfolie getrennt, und wenn diese durchstochen wird, kommen die Elektroden in Kontakt. Infolgedessen erhitzt sich der Akku schnell.
Lithium-Ionen-Akkus verlieren jeden Monat etwa 5 bis 20 Prozent ihrer Ladung. Sie haben auch keinen Memory-Effekt, d. h. sie müssen nicht vollständig entladen werden, bevor sie wieder aufgeladen werden können. Sie sind außerdem für Hunderte von Lade-/Entladezyklen ausgelegt. Sie bauen jedoch bei hohen Temperaturen ab und werden nach vollständiger Entladung zerstört.
Lithium-Ionen-Batterien sind im Vergleich zu anderen wiederaufladbaren Batterien sehr leicht. Ihre Elektroden bestehen aus leichtem Lithium, das sehr reaktionsfreudig ist und viel Energie speichern kann. Im Vergleich zu einem NiMH-Akkupack können Lithium-Ionen-Batterien 60 bis 70 Wattstunden pro Kilogramm speichern.
Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus drei Komponenten: einer Anode, einer Kathode, einem Elektrolyt und einem Separator. Die Anode speichert Lithium-Ionen, die durch eine Elektrolytlösung zur Kathode transportiert werden, wo sie mit Elektronen rekombinieren und Energie freisetzen.
Lithium-Ionen-Batterien sind dank ihrer Fähigkeit, andere Geräte aufzuladen und unser tägliches Leben zu versorgen, allgegenwärtig geworden. Sie haben die meisten anderen gängigen wiederaufladbaren Batterietypen überflügelt und sind heute in praktisch jedem tragbaren elektronischen Gerät zu finden, das es gibt. Derzeit wird die Nutzung von Lithium-Energie für verschiedene Anwendungen erforscht, darunter Elektrofahrzeuge, Laptops und medizinische Geräte.
Ein weiteres wichtiges Merkmal von Lithium-Ionen-Batterien ist ihre Fähigkeit, Strom mit einer höheren Spannung als andere Batterietypen zu übertragen. Lithium-Ionen-Batteriezellen können eine Spannung von bis zu 3,6 Volt erreichen, je nach Kathodenmaterial auch mehr. Zum Vergleich: Eine typische Alkalizelle erzeugt etwa 1,5 Volt. Bei einer Standard-Bleisäure-Autobatterie müssen zwei 2-Volt-Zellen gestapelt werden, um ein volles 12-Volt-System zu erreichen.
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