Anstatt Batterien nach zwei oder drei Jahren zu entsorgen, könnten wir recycelbare Batterien haben, die bis zu neun Jahre halten, indem wir Hochfrequenz-Schallwellen einsetzen, um Rost zu entfernen, der die Leistung der Batterien beeinträchtigt, so das Team.
In Australien werden nur 10 Prozent der gebrauchten Handheld-Batterien, beispielsweise von Mobiltelefonen, zum Recycling gesammelt, was im internationalen Vergleich wenig ist. Die restlichen 90 Prozent der Batterien landen auf der Mülldeponie oder werden unsachgemäß entsorgt, was der Umwelt erheblichen Schaden zufügt. Die hohen Kosten für das Recycling von Lithium und anderen Materialien aus Batterien sind ein großes Hindernis für die Wiederverwendung dieser Gegenstände, aber die Entdeckung des Teams könnte dazu beitragen, dieses Problem zu lösen.
Das Team arbeitet mit dem Nanomaterial „MXene“, einer Materialklasse, die eine vielversprechende Alternative zu Lithium für Batterien in der Zukunft darstellt. Leslie Yeo, Distinguished Professor of Chemical Engineering und leitender Forscher, erklärte, MXene sei ähnlich wie Graphen und habe eine hohe elektrische Leitfähigkeit. „Im Gegensatz zu Graphen sind MXene sehr anpassungsfähig und eröffnen eine ganze Reihe möglicher technologischer Anwendungen in der Zukunft“, sagte Yeo.
Die große Herausforderung bei der Verwendung von MXen bestand darin, dass es leicht rostet, wodurch die elektrische Leitfähigkeit beeinträchtigt und es unbrauchbar wird. „Um diese Herausforderung zu überwinden, entdeckten wir, dass Schallwellen mit einer bestimmten Frequenz den Rost von MXene entfernen und den ursprünglichen Zustand nahezu wiederherstellen“, so Yeo.
Die Neuerung des Teams könnte eines Tages dazu beitragen, MXene-Batterien alle paar Jahre zu revitalisieren und ihre Lebensdauer um das Dreifache zu verlängern. „Die Fähigkeit, die Haltbarkeit von MXen zu verlängern, ist entscheidend für die Gewährleistung seines Potenzials, für kommerziell nutzbare elektronische Teile verwendet zu werden“, so Yeo.
So funktioniert die Erfindung
Der Mitautor Hossein Alijani, ein Doktorand, sagte, die größte Herausforderung bei der Verwendung von MXene sei der Rost, der sich in feuchter Umgebung oder in wässrigen Lösungen auf der Oberfläche bildet.
„Oberflächenoxid, also Rost, ist schwer zu entfernen, vor allem bei diesem Material, das viel, viel dünner ist als ein menschliches Haar“, sagte Alijani von der School of Engineering des RMIT.
„Derzeitige Methoden zur Verringerung der Oxidation beruhen auf der chemischen Beschichtung des Materials, was die Verwendung von MXen in seiner ursprünglichen Form einschränkt. In dieser Arbeit zeigen wir, dass der Rost auf einem oxidierten MXen-Film entfernt werden kann, wenn man ihn nur eine Minute lang hochfrequenten Schwingungen aussetzt. Durch dieses einfache Verfahren kann die elektrische und elektrochemische Leistung wiederhergestellt werden.“
Die potenziellen Anwendungen
Die Arbeit des Teams zur Entfernung von Rost auf MXene eröffnet dem Nanomaterial eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Energiespeicherung, Sensoren, drahtlose Übertragung und Umweltsanierung.
Associate Professor Amgad Rezk, einer der leitenden Forscher, sagte, dass die Fähigkeit, oxidierte Materialien schnell in einen fast unberührten Zustand zu versetzen, einen Wendepunkt in der Kreislaufwirtschaft darstellt.
„Materialien, die in der Elektronik verwendet werden, einschließlich Batterien, leiden im Allgemeinen nach zwei oder drei Jahren des Gebrauchs unter Rostbildung“, sagte Rezk von der School of Engineering des RMIT. „Mit unserer Methode können wir die Lebensdauer von Batteriekomponenten potenziell bis zum Dreifachen verlängern.“
Nächste Schritte
Obwohl die Innovation vielversprechend ist, muss das Team mit der Industrie zusammenarbeiten, um sein akustisches Gerät in bestehende Fertigungssysteme und -prozesse zu integrieren.
Das Team erforscht auch den Einsatz seiner Erfindung zur Entfernung von Oxidschichten aus anderen Materialien für Anwendungen im Bereich der Sensorik und der erneuerbaren Energien.
„Wir sind sehr daran interessiert, mit Industriepartnern zusammenzuarbeiten, damit unsere Methode zur Rostentfernung in größerem Maßstab eingesetzt werden kann“, so Yeo.
