Batterieherstellung Altglas zu Akkus

Forscher an der University of California haben Abfall-Glasflaschen in einem kostengünstigen, chemischen Prozess verwendet, um Anoden aus Nano-Silizium für Lithium-Ionen-Batterien herzustellen. Die Batterien erweitern die Palette für Elektrofahrzeuge und Plug-in Hybridfahrzeuge und bieten mehr Leistung trotz weniger Kosten. Für Konsumelektronik wie Handys und Laptops sind sie ebenfalls geeignet.

Auf die Nano-Ebene verkleinern

Es gibt zahlreiche Recyclingmethoden für die Milliarden von Glasflaschen, die jährlich weggeworfen werden. Dennoch landet ein Großteil davon auf Mülldeponien. Das veranlasste Forscher in Amerika, sich zu fragen, ob Siliziumdioxid in diesen Getränkeflaschen hochreine Silizium-Nanopartikel für Lithium-Ionen-Batterien bereitstellen könnten.

Silizium-Anoden können bis zu zehnmal mehr Energie speichern als herkömmliche Graphit-Anoden. Jedoch machen sie die ständige Ladung und Entladung instabil. Die Verkleinerung von Silizium auf die Nanoskala hat gezeigt, dass dieses Problem durch die Kombination einer reichen und relativ reinen Form von Siliziumdioxid und einer kostengünstigen chemischen Reaktion zu beheben ist. So entwickelten die Forscher Lithium-Ionen-Halbzellen-Batterien, die fast viermal mehr Energie speichern als die Graphit-Anoden.

Das drei-Stufen-System

Um die Anoden aus Siliziumdioxid herzustellen, nutzte das Team einen dreistufigen Prozess, bei dem die Glasflaschen zerkleinert und in eine feine, weiße Pudermasse gemischt wurden. Während dieser magnesiothermischen Reduktion wird das Siliziumdioxid in Siliziumnanopartikel umgewandelt und die mit Kohlenstoff beschichtet. Der Kohlenstoff hilft dabei, ihre Stabilität und Energiespeichereigenschaften zu verbessern. Dabei stellte sich heraus, dass die Knopfzellen-Batterien, die mit den Glasflaschen-basierten Silizium-Anoden hergestellt wurden, die traditionellen Batterien in Labortests übertrafen. Die Kohlenstoff-beschichteten, Glas-abgeleiteten Silizium-Anoden zeigten eine elektrochemische Leistung mit einer Kapazität von etwa 1420 mAh / g bei einer C / 2-Rate nach 400 Zyklen.

Müll wird zum vielversprechenden Kandidaten

Changling Li, ein Student in Materialwissenschaft und Ingenieurwissenschaften und Mitglied des Forscherteams meint, eine Glasflasche sei genug, um hunderte von Knopfzellen-batterien herzustellen. „Wir begannen mit einem Abfallprodukt, das zur Deponie gebracht wurde und haben eine Batterie daraus entwickelt, die mehr Energie speichern, schneller geladen werden kann und stabiler ist als kommerzielle Knopfzellenbatterien. Daher haben wir sehr vielversprechende Kandidaten für Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation,“ sagte Li.

Diese Forschung ist die neueste in einer Reihe von Projekten an der Universität in Riverside, um Anoden für Lithium-Ionen-Akkus aus umweltfreundlichen Materialien zu fertigen. Die bisherige Forschung konzentrierte sich auf die Entwicklung und Prüfung von Anoden aus Portabella Pilzen, Sand und Diatomeen, einer fossil-reichen Erde.

Die Idee Glas zur Herstellung von Akkus zu nutzen, hatte auch der Lithium-Ionen-Akku Mitbegründer John B. Goodenough mit einem Elektrolyt aus Glas.