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www designelektronik de DESIGN&ELEKTRONIK 13 2020 47 sie mit unterschiedlichen Materialien für ein verbessertes Batteriedesign arbeiten Auch wollen sie eine Batterie entwerfen die ohne Kobalt auskommt einem anderen relativ teuren und seltenen Metall »Wenn wir gangbare Alternativen sowohl für Lithium als auch für Kobalt finden können könnte die Natrium-Ionen-Batterie tatsächlich in Konkurrenz zu Lithium-IonenBatterien treten« fügte Song hinzu ■ Zwischen Akku und Superkondensator Die Lücke zwischen Superkondensatoren und Akkus könnten hybride Natrium-Ionen-Kondensatoren schließen Bei solchen Bauelementen war bislang das Design geeigneter Anodenmaterialien mit schnellem kinetischem Verhalten sowie langer Lebensdauer in Abstimmung mit den Katodenmaterialien eine Herausforderung Ein Team der Pekinger University of Science and Technology und des Institute of Semiconductors der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat Nb2 O5 -Nanoröhren und Übergänge zwischen Nanodraht zu Nanoröhren auf Kohlenstoffgewebe über einen einfachen hydrothermalen Prozess direkt synthetisiert 3 Diese Nanoröhren zeigten eine hohe reversible Kapazität von 175 mAh g bei einer Stromdichte von 1 Ag mit einer Coulomb-Effizienz Lade-Effizienz von 97 Prozent nach 1500 Zyklen Bild 2 Darüber hinaus zeigten die mit Nb2 O5 -Nanoröhren und Elektrodenmaterialien aus Aktivkohle hergestellten Natrium-Ionen-Kondensatoren eine Energiedichte von 195 Wh kg bei 120 Wkg eine Leistungsdichte von 7328 Wkg bei 28 Wh kg und 80 Prozent Restkapazität nach 5000 Zyklen Prof Guozhen Shen vom State Key Laboratory for Superlattices and Microstructures Institute of Semiconductors erklärt »Obwohl Niob-Oxid chemisch stabil ist und große interplanare Abstände aufweist leitet es elektrischen Strom relativ schlecht Um dies zu überwinden züchteten wir NiobOxid-Nanomaterialien mit unterschiedlicher Morphologie direkt auf den Stromkollektoren aus Kohlenstoffgewebe und nutzten dabei den Synergieeffekt von Pyridin und des pH-Wertes der Säurelösung « Die physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften der hergestellten Materialien wurden systematisch untersucht Die Studien ergaben dass die Nanoröhren eine große spezifische Oberfläche und ein großes Porenvolumen aufweisen Dadurch entstehen mehr aktive Stellen die an elektrochemischen Reaktionen beteiligt sind Die Elektrode auf Basis von Nb2 O5 -Nanoröhren besitzt nicht nur eine hohe elektrische Leitfähigkeit sondern reduziert auch die volumetrische Ausdehnung die durch die Einlagerung und den Abfluss von Natriumionen verursacht wird »Darüber hinaus können die biegsamen Bauelemente unter verschiedenen Biegezuständen ganz normal arbeiten« so Shen weiter »Unsere Niob-Oxid-Nanoröhren können daher vielversprechende Elektrodenmaterialien für biegsame und tragbare Energiespeicher sein « Bild 1 Junhua Song und seine Kollegen von der Washington State University entwickelten eine Natrium-Ionen-Batterie die ebenso viel Energie speichern kann und genauso gut arbeitet wie handelsübliche Lithium-Ionen-Batterien Quelle Washington State University Quelle Science China Press Bild 2 oben Schematische Darstellung des Wachstums von Nb2 O5 -basierten Materialien auf Kohlenstoffgewebe für den Natrium-Ionen-Kondensator unten die Kapazität blaue Kurve und die Coulomb-Effizienz gelbe Kurve bleiben auch nach 1500 Zyklen sehr stabil