Der Blätterkatalog benötigt Javascript.
Bitte aktivieren Sie Javascript in Ihren Browser-Einstellungen.
The Blätterkatalog requires Javascript.
Please activate Javascript in your browser settings.
www designelektronik de DESIGN&ELEKTRONIK 13 2020 49 pro Ladung zurücklegen Experten meinen jedoch dass es eine theoretische Grenze für die Energiedichte von Lithium-IonenBatterien gibt Folglich lässt sich ihre Reichweite nicht viel weiter steigern Mit der neuen Fluor-Ionen-Batterie an der die Forscher der Kyoto University und von Toyota Motor arbeiten könnten Elektroautos mit einer einzigen Ladung 1000 km weit fahren Bei dem unter der Leitung von Prof Yoshiharu Uchimoto entwickelten Prototyp kommen eine Anode aus Fluor Kupfer und Kobalt sowie eine Kathode die hauptsächlich aus Lanthan besteht zum Einsatz Bild 4 Wie die Forscher bestätigten weist dieser Prototyp eine höhere theoretische Energiedichte auf wodurch er eine bis zu siebenmal größere Reichweite als die heutigen LithiumIonen-Batterien haben könnte Die Forscher haben sich für einen Festelektrolyten anstelle der in LithiumIonen-Batterien üblicherweise verwendeten Flüssigelektrolyte entschieden Ein wesentlicher Vorteil solcher Festkörperbatterien besteht darin dass sie nicht in Brand geraten können Infolgedessen müssen die Ingenieure keine Systeme entwickeln die eine Überhitzung verhindern Doch auf dem Weg zu einer FluorIonen-Batterie gilt es auch Herausforderungen zu meistern Die größte besteht darin dass diese bisher nur bei erhöhten Temperaturen funktionieren denn Fluorid leitet elektrischen Strom nur dann brauchbar wenn der feste Elektrolyt ausreichend erwärmt ist Dies macht Fluorid-Ionen-Batterien für viele Konsumgüteranwendungen unbrauchbar Die erforderlichen hohen Temperaturen führen auch dazu dass sich die Elektroden ausdehnen Das Team der Kyoto University und von Toyota glaubt einen Weg gefunden zu haben um genau das zu verhindern Zu diesem Zweck bestehen die Elektroden aus einer Legierung aus Kobalt Nickel und Kupfer Das Team plant die in der Anode verwendeten Materialien zu optimieren um sicherzustellen dass die Batterie ohne Kapazitätsverlust geladen und entladen werden kann ■ Biomorphe Zink-LuftBatterie Die Anwendungen für Roboter explodieren von Lieferdrohnen und Zustellrobotern bis hin zu Krankenpflege-Robotern und automatisierten Flurförderfahrzeugen Auf der Mikroebene befassen sich Forscher mit sehr kleinen Schwarmrobotern die sich Referenzen 1 Ch Strietzel et al An aqueous conducting redox polymer based proton battery that can withstand rapid constantvoltage charging and subzero temperatures Angewandte Chemie 2020 DOI 10 1002 anie 202001191 2 J Song et al Controlling Surface Phase Transition and Chemical Reactivity of O3 -Layered Metal Oxide Cathodes for High-Performance Na-Ion Batteries ACS Energy Lett 2020 5 17181725 April 28 2020 DOI 10 1021 acsenergylett 0c00700 3 R Jia et al Nb2 O5 nanotubes on carbon cloth for high performance sodiumion capacitors Science China Materials 2020 DOI 10 1007 s40843-020-1278-9 4 Z V Bobyleva et al Unveiling pseudocapacitive behavior of hard carbon anode materials for sodiumion batteries Electrochimica Acta Vol 354 2020 136647 DOI 10 1016 j electacta 2020 136647 5 Structural Rechargeable Zinc Battery Youtube-Video https tinyurl com yyedyd9t selbst zu größeren Einheiten zusammenschließen können Dort wären herkömmliche Einzelbatterien zu groß und ineffizient Biomorphe Batterien die wie Fettpolster verteilt in die Struktur des Roboters integriert sind können Platz schaffen und das Gewicht reduzieren Bislang konnten sie die Hauptbatterie jedoch nur ergänzen nicht aber ersetzen »Beim Design von Robotern sind die Entwickler durch den Bedarf an Batterien eingeschränkt die oft mehr als zwanzig Prozent des verfügbaren Platzes im Inneren eines Roboters einnehmen oder einen etwa gleich großen Anteil an dessen Gewicht ausmachen« erklärte Nicholas Kotov Professor für chemische Verfahrenstechnik und Materialwissenschaft an der University of Michigan der die Forschung leitete Er ergänzt »Keine andere strukturelle Batterie über die berichtet wurde ist in Bezug auf die Energiedichte mit aktuellen Lithium-Ionen-Batterien vergleichbar Wir haben daher unsere bisherige strukturelle Zink-Luft-Batterie durch zehn Einzelmaßnahmen verbessert und damit einzelne Parameter um den Faktor 100 verbessern können « Die Kombination von Energiedichte und kostengünstigen Materialien bedeute dass die Batterie bereits jetzt die Reichweite von Zustellrobotern verdoppeln könne so Kotov »Dies ist jedoch nicht die Grenze Wir schätzen dass Roboter 72-mal mehr Kapazität im Vergleich zu einer einzelnen Lithium-Ionen-Batterie haben könnten wenn ihre Außenhülle durch Zinkbatterien ersetzt würde« glaubt Mingqiang Wang der Erstautor Ahmet Emre Doktorand der Biomedizintechnik an Kotovs Labor ergänzt »Diese Batterien erfüllen gleich zwei Aufgaben Sie speichern Energie und schützen das Innenleben des Roboters Dadurch bilden sie die Multifunktionalität von Fettgewebe nach das in Lebewesen als Energiespeicher dient « Die neue Batterie beruht darauf dass Hydroxid-Ionen zwischen einer Zinkelektrode und der Luftseite durch eine Elektrolytmembran geleitet werden Diese Membran besteht zum Teil aus einem Geflecht von Aramid-Nanofasern wie sie sich in schusssicheren Kevlar-Westen finden und einem neuen wässrigen Polymer-Gel welches den Austausch der Hydroxid-Ionen zwischen den Elektroden unterstützt Die Batterie besteht aus preiswerten reichlich vorhandenen und weitgehend ungiftigen Materialien und ist umweltfreundlicher als die derzeit verwendeten Das Gel und die Aramid-Nanofasern entzünden sich nicht wenn die Batterie beschädigt wird anders als der brennbare Elektrolyt in LithiumIonen-Batterien Zudem lassen sich die Aramid-Nanofasern aus ausgedienten Schutzwesten wiederverwenden Um ihre Batterien vorzuführen testeten die Forscher mit normal großen und miniaturisierten Spielzeugrobotern in Form eines Wurms und eines Skorpions Bild 5 Das Team ersetzte deren ursprüngliche Batterien durch Zink-Luft-Zellen Sie verdrahteten die Zellen mit den Antrieben und wickelten sie um die Außenflächen der gruseligen Krabbler 5 Der Nachteil von Zinkbatterien ist dass sie ihre hohe Kapazität nur für etwa 100 Zyklen beibehalten statt der 500 Zyklen oder mehr wie wir sie von LithiumIonen-Batterien in unseren Smartphones erwarten Das liegt daran dass das metallisches Zink spitze Dendriten ausbildet die schließlich den Separator zwischen den Elektroden durchstechen Das stabile Geflecht aus Aramid-Nanofasern zwischen den Elektroden ist der Schlüssel zu der relativ langen Lebenszyklusdauer einer Zinkbatterie Und dank der kostengünstigen und recycelbaren Materialien lassen sich die Batterien leicht wechseln rh