Freitag, November 8, 2024
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Durch Abfälle aus Sonnenkollektoren sind die Batterien von Elektrofahrzeugen zu 99,9 % effizient und behalten 83,1 % ihrer Kapazität

Im Bereich Ökologie und nachhaltige Entwicklung sind die Wiederverwertung von Abfällen und die Verbesserung der Energieeffizienz zentrale Themen. Forschern des Qingdao Institute of Bioenergy and Process Technology (QIBEBT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ist auf diesem Gebiet ein bedeutender Durchbruch gelungen. Sie entwickelten mithilfe eines innovativen Elektrolytdesigns kleine, kostengünstige Siliziumanoden aus Photovoltaikabfällen.

Siliziumanoden: Verbesserung der Energiedichte

Siliziumanoden werden wegen ihrer Fähigkeit, die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu herkömmlichen Graphitanoden deutlich zu erhöhen, hoch geschätzt. Ihr Einsatz ist jedoch aufgrund der Volumenausdehnung während der Lade-Entlade-Zyklen eingeschränkt, was zu mechanischen Brüchen und einer Verschlechterung der Batterieleistung führen kann.

Innovation im Photovoltaik-Abfallrecycling

Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor CUI Guanglei ging diese Herausforderungen mit Siliziumpartikeln in Mikrogröße (μm-Si) an, die aus Photovoltaikabfällen gewonnen wurden. Wenn diese Partikel in einen speziell entwickelten Elektrolyten auf Etherbasis integriert werden, weisen sie eine bemerkenswerte elektrochemische Stabilität auf und behalten einen durchschnittlichen Coulomb-Wirkungsgrad von 99,94 % und 83,13 % ihrer ursprünglichen Kapazität nach 200 Zyklen bei.

Elektrolytdesign und SEI-Chemie

Der Erfolg dieser Anoden liegt in der einzigartigen Chemie ihrer Festelektrolyt-Grenzfläche (SEI), die sich aus der innovativen Elektrolytzusammensetzung des Geräts ergibt, bestehend aus 3M LiPF6, gelöst in einem Volumenverhältnis von 1:3 aus 1,3-Dioxan und 1,2 -Diethoxyethan. Diese Formulierung fördert die Entwicklung eines zweischichtigen SEI, das sowohl flexibel als auch robust ist und gebrochene Siliziumpartikel zusammenhält, die Ionenleitung verbessert und Nebenreaktionen minimiert.

Leistung und Anwendungen

Die verpackten NCM811|μm-Si-Zellen mit der neuen Anoden-Elektrolyt-Kombination überstanden 80 Zyklen und lieferten unter extremen Bedingungen eine beeindruckende Energiedichte von 340,7 Wh/kg. Diese Leistung stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien dar, die nahe an ihren Energiedichtegrenzen liegen.

Die Vorteile

Dr. DONG Tiantian, ein weiterer Mitautor der Studie, betonte die Umweltvorteile dieser Technologie: „Die nachhaltige Beschaffung von Silizium aus ausrangierten Solarmodulen mildert die wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen von PV-Abfällen. Die Umwandlung von Abfall in wertvolle Batteriekomponenten senkt die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien erheblich und erhöht deren Zugänglichkeit.“

Zukunftsaussichten

Professor CUI ist hinsichtlich der Auswirkungen dieser Forschung optimistisch und sagt: „ Mithilfe recycelter Materialien und fortschrittlicher chemischer Verfahrenstechniken haben wir gezeigt, dass langlebige, leistungsstarke Lithium-Ionen-Batterien nicht nur möglich, sondern auch realisierbar sind.. » Dieser innovative Ansatz zeigt, wie Recycling und sorgfältige Materialwissenschaft zusammenlaufen können, um einige der drängendsten Herausforderungen der heutigen Energietechnologie zu lösen.

Die Forschung von QIBEBT deutet nicht nur auf eine nachhaltigere Versorgungsquelle für Siliziumpartikel hin, sondern befasst sich auch mit den wichtigsten Herausforderungen von Siliziumanodenmaterialien in mikroskopischer Größe. Dieser Durchbruch verspricht nicht nur eine Transformation der Energiespeichersysteme für Elektrofahrzeuge und erneuerbare Energieanwendungen, sondern zeigt auch, wie die Kombination von innovativem Recycling und Materialwissenschaft nachhaltige, leistungsstarke Lösungen in der modernen Energietechnologie liefern kann.

Quelle www.eurekalert.org

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