ion-luft_batterie_tu_graz_oesterreich

 

http://ictm.tugraz.at/staff/2/17592/2058/

DI Dr. Sc. ETH

P: +43 316 873 32386 E: freunberger@tugraz.at

Lithium-Luft-Batterien können potenziell zehn Mal mehr Energie speichern als Lithium-Ionen-Batterien und gelten daher als vielversprechend. Die Super-Batterien sind besonders für die Elektromobilität interessant, stecken aber teilweise noch in den Kinderschuhen, beispielsweise was die Leitfähigkeit der Elektroden betrifft.

In Zusammenarbeit mit der schottischen St. Andrews University haben Batterieforscher der Technischen Universität Graz (Österreich) die Leitfähigkeit und Effizienz der Lithium-Luft-Batterie nun entscheidend verbessert.

Die Arbeit wurde in der aktuellen Ausgabe des Fachjournals „Nature Materials“ publiziert.

Lithium-Luft-Batterie besonders gut für Elektro-Fahrzeuge geeignet Obwohl sie als leistungsfähige Energiespeicher in Notebooks und Handys zu finden sind, haben Lithium-Ionen-Batterien gravierende Nachteile, etwa beschränkte Energiekapazitäten und rasch auftretende Alterserscheinungen.

Insbesondere in Elektrofahrzeugen könnte die Lithium-Luft-Batterie an ihre Stelle rücken, sagen die Forscher.

Sie beruht auf leichten Sauerstoff- statt auf schweren metallischen Ionenstrukturen.

Zudem kommt sie im Gegensatz zur Lithium-Ionen-Batterie ohne teure und begrenzt verfügbare Übergangsmetalle wie Kobalt, Nickel oder Mangan aus.

Titancarbid statt Kohlenstoff für die Elektrode

Die Grazer Wissenschaftler haben nun entscheidend zur weiteren Ausreifung der Lithium-Luft-Batterie beigetragen, indem sie für die Elektrode Titancarbid statt Kohlenstoff verwenden.

Der Stoff sorge für eine saubere Zellreaktion und erhöhe damit die Energieeffizienz und die Lebensdauer der Batterie.

„Die Batterie kann so bei höherer Belastung betrieben werden, und es gibt weniger Verlustleistung, das heißt, sie erwärmt nicht so stark“, erklärt Stefan Freunberger.

Als nächsten Schritt wollen die Batterieforscher die Porosität der Titancarbidstruktur mittels eines neuen Syntheseweges erhöhen und so die Energiekapazität weiter steigern.

08.12.2013 | Quelle: Technische Universität Graz; Grafik: Wikimedia Commons | solarserver.de © Heindl Server GmbH

Leitfähigkeit im Visier

Im Rahmen eines Auslandsaufenthaltes in St. Andrews hat sich Stefan Freunberger vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz mit schottischen Kollegen eingehend mit der Leitfähigkeit von Elektroden in Lithium-Luft-Batterien befasst. Üblicherweise wird dafür Kohlenstoff in Form von Ruß verwendet. In der Lithium-Luft-Batterie heißt der Reaktionspartner Sauerstoff, und dieser greift die Kohlenstoffoberfläche an frühzeitige Nebenreaktionen, die die Wiederaufladbarkeit verringern, sind die Folge. Die Forscher haben daher erstmals titancarbid-basierte Elektroden untersucht und wurden positiv überrascht: Das Titancarbid sorgt für eine saubere Zellreaktion und erhöht damit die Energieeffizienz und die Lebensdauer der Batterie. Die Batterie kann so bei höherer Belastung betrieben werden und es gibt weniger Verlustleistung, das heißt, sie erwärmt nicht so stark, führt Stefan Freunberger aus. Als nächsten Schritt wollen die Grazer Batterieforscher die Porosität der Titancarbidstruktur mittels eines neuen Syntheseweges erhöhen und so die Energiekapazität der luftigen Batterietechnologie der Zukunft weiter steigern.

Originalpublikation: Muhammed M. Ottakam Thotiyl, Stefan A. Freunberger, Zhangquan Peng, Yuhui Chen, Zheng Liu & Peter G. Bruce: A stable cathode for the aprotic LiO2 battery. Nature Materials, November 2013, Volume 12. Page 1050. 2013.

http://www.nature.com/nmat/journal/v12/n11/full/nmat3737.html

http://www.uni-protokolle.de/nachrichten/id/269481/

TY  - JOUR
AU  - Ottakam Thotiyl, Muhammed M.
AU  - Freunberger, Stefan A.
AU  - Peng, Zhangquan
AU  - Chen, Yuhui
AU  - Liu, Zheng
AU  - Bruce, Peter G.
TI  - A stable cathode for the aprotic Li–O2 battery
JA  - Nat Mater
PY  - 2013/11//print
VL  - 12
IS  - 11
SP  - 1050
EP  - 1056
PB  - Nature Publishing Group
SN  - 1476-1122
UR  - http://dx.doi.org/10.1038/nmat3737
L3  - 10.1038/nmat3737
M3  - Article
L3  - http://www.nature.com/nmat/journal/v12/n11/abs/nmat3737.html#supplementary-information
AB  - Rechargeable lithium–air (O2) batteries are receiving intense interest because their high theoretical specific energy exceeds that of lithium-ion batteries. If the Li–O2 battery is ever to succeed, highly reversible formation/decomposition of Li2O2 must take place at the cathode on cycling. However, carbon, used ubiquitously as the basis of the cathode, decomposes during Li2O2 oxidation on charge and actively promotes electrolyte decomposition on cycling. Replacing carbon with a nanoporous gold cathode, when in contact with a dimethyl sulphoxide-based electrolyte, does seem to demonstrate better stability. However, nanoporous gold is not a suitable cathode; its high mass destroys the key advantage of Li–O2 over Li ion (specific energy), it is too expensive and too difficult to fabricate. Identifying a suitable cathode material for the Li–O2 cell is one of the greatest challenges at present. Here we show that a TiC-based cathode reduces greatly side reactions (arising from the electrolyte and electrode degradation) compared with carbon and exhibits better reversible formation/decomposition of Li2O2 even than nanoporous gold (>98% capacity retention after 100 cycles, compared with 95% for nanoporous gold); it is also four times lighter, of lower cost and easier to fabricate. The stability may originate from the presence of TiO2 (along with some TiOC) on the surface of TiC. In contrast to carbon or nanoporous gold, TiC seems to represent a more viable, stable, cathode for aprotic Li–O2 cells.
ER
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