Natrium (Na), das mehr als 500-mal häufiger vorkommt als Lithium (Li), hat in letzter Zeit wegen seines Potenzials für die Natrium-Ionen-Batterietechnologie große Aufmerksamkeit erregt. Bestehende Natrium-Ionen-Batterien stoßen jedoch auf grundlegende Einschränkungen, darunter eine geringere Leistungsabgabe, eingeschränkte Speichereigenschaften und längere Ladezeiten, was die Entwicklung von Energiespeichermaterialien der nächsten Generation erforderlich macht.
Das KAIST (vertreten durch Präsident Kwang Hyung Lee) gab bekannt, dass ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Jeung Ku Kang von der Abteilung für Materialwissenschaft und -technik eine Natrium-Ionen-Hybridbatterie mit hoher Energie und Leistung entwickelt hat, die schnell geladen werden kann.
Hybridbatterie mit hoher Energie- und Leistungsdichte
Das neuartige hybride Energiespeichersystem kombiniert Anodenmaterialien, die normalerweise in Batterien verwendet werden, mit Kathoden, die für Superkondensatoren geeignet sind. Diese Kombination ermöglicht es dem Gerät, sowohl hohe Speicherkapazitäten als auch schnelle Lade- und Entladeraten zu erreichen, was es zu einer brauchbaren Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation macht.
Die Entwicklung einer Hybridbatterie mit hoher Energie- und Leistungsdichte erfordert jedoch eine Verbesserung der langsamen Energiespeicherrate von Batterieanoden sowie eine Steigerung der relativ geringen Kapazität von Kathodenmaterialien, die für Superkondensatoren geeignet sind.
Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, verwendete das Team von Professor Kang zwei verschiedene metallorganische Gerüste für die optimierte Synthese von Hybridbatterien. Dieser Ansatz führte zur Entwicklung eines Anodenmaterials mit verbesserter Kinetik durch den Einschluss feiner aktiver Materialien in porösem Kohlenstoff, der von metallorganischen Gerüsten abgeleitet ist.
Darüber hinaus wurde ein Kathodenmaterial mit hoher Kapazität synthetisiert, und die Kombination der Kathoden- und Anodenmaterialien ermöglichte die Entwicklung eines Natrium-Ionen-Speicher-Systems, das das Gleichgewicht optimiert und die Unterschiede in den Energiespeicherraten zwischen den Elektroden minimiert.
Ein leistungsstarker hybrider Natrium-Ionen-Energiespeicher
Die zusammengebaute Vollzelle, die die neu entwickelte Anode und Kathode umfasst, bildet einen leistungsstarken hybriden Natrium-Ionen-Energiespeicher. Diese Vorrichtung übertrifft die Energiedichte kommerzieller Lithium-Ionen-Batterien und weist die Leistungsdichte von Superkondensatoren auf. Es wird erwartet, dass es sich für Schnellladeanwendungen eignet, die von Elektrofahrzeugen über intelligente elektronische Geräte bis hin zu Luft- und Raumfahrttechnologien reichen.
Professor Kang wies darauf hin, dass der hybride Natrium-Ionen-Energiespeicher, der schnell aufgeladen werden kann und eine Energiedichte von 247 Wh/kg und eine Leistungsdichte von 34.748 W/kg erreicht, einen Durchbruch bei der Überwindung der derzeitigen Grenzen von Energiespeichersystemen darstellt. Er rechnet mit einer breiteren Anwendung in verschiedenen elektronischen Geräten, einschließlich Elektrofahrzeugen.
Diese von den KAIST-Doktoranden Jong Hui Choi und Dong Won Kim mitverfasste Forschungsarbeit wurde am 29. März in der internationalen Fachzeitschrift Energy Storage Materials unter dem Titel „Low-crystallinity conductive multivalence iron sulfide-embedded S-doped anode and high-surface-area O-doped cathode of 3D porous N-rich graphitic carbon frameworks for high-performance sodium-ion hybrid energy storages“ veröffentlicht.
Die Studie wurde mit Unterstützung des Ministeriums für Wissenschaft und IKT und der National Research Foundation of Korea im Rahmen des Nanomaterial Technology Development Project durchgeführt.
Dieser Artikel wurde mit Deepl aus dem Englischen übersetzt.
