Die in Nature Chemical Engineering veröffentlichte Studie beschreibt das erste erfolgreiche Protokoll zur Herstellung defektfreier Graphenfolien im kommerziellen Maßstab. Diese Folien bieten eine außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit – bis zu 1.400,8 W m-1 K-1 – und sind damit fast zehnmal höher als herkömmliche Stromkollektoren aus Kupfer und Aluminium, die in LIBs verwendet werden.
„Dies ist ein bedeutender Fortschritt für die Batterietechnologie“, so Dr. Rui Tan, Mitautor der Studie von der Swansea University. „Unsere Methode ermöglicht die Herstellung von Graphen-Stromabnehmern in einem Umfang und in einer Qualität, die ohne weiteres in die kommerzielle Batterieherstellung integriert werden können. Dies verbessert nicht nur die Batteriesicherheit durch effizientes Wärmemanagement, sondern auch die Energiedichte und Langlebigkeit.“
Verringerung von Brandgefahr
Eines der drängendsten Probleme bei der Entwicklung von Hochenergie-LIBs, insbesondere für Elektrofahrzeuge, ist das thermische Durchgehen – ein gefährliches Szenario, bei dem übermäßige Hitze zum Versagen der Batterie führt, was oft Brände oder Explosionen zur Folge hat. Diese Graphen-Stromabnehmer sollen dieses Risiko mindern, indem sie die Wärme effizient ableiten und die exothermen Reaktionen verhindern, die zum thermischen Durchgehen führen.
„Unsere dichte, ausgerichtete Graphenstruktur bietet eine robuste Barriere gegen die Bildung entflammbarer Gase und verhindert das Eindringen von Sauerstoff in die Batteriezellen, was für die Vermeidung katastrophaler Ausfälle von entscheidender Bedeutung ist“, erklärte Dr. Jinlong Yang, Mitautor von der Universität Shenzhen.
Herstellung in anpassbaren Größen
Das neu entwickelte Verfahren ist nicht nur ein Laborerfolg, sondern eine skalierbare Lösung, mit der Graphenfolien in Längen von Metern bis zu Kilometern hergestellt werden können. Die Forscher stellten eine 200 m lange Graphenfolie mit einer Dicke von 17 µm her und demonstrierten damit ihr Potenzial. Diese Folie behielt ihre hohe elektrische Leitfähigkeit auch dann bei, wenn sie mehr als 100.000 Mal gebogen wurde, was sie ideal für den Einsatz in der flexiblen Elektronik und anderen fortschrittlichen Anwendungen macht.
Dieser neue Ansatz ermöglicht auch die Herstellung von Graphenfolien mit anpassbaren Dicken, was zu noch effizienteren und sichereren Batterien führen könnte. Diese Technologie könnte weitreichende Auswirkungen auf die Zukunft der Energiespeicherung haben, insbesondere bei Elektrofahrzeugen und erneuerbaren Energiesystemen, wo Sicherheit und Effizienz von größter Bedeutung sind.
Das internationale Forscherteam unter der Leitung von Prof. Liqiang Mai und Prof. Daping He von der Technischen Universität Wuhan, Dr. Jinlong Yang von der Universität Shenzhen und Dr. Rui Tan von der Universität Swansea arbeitet weiter an der Verfeinerung des Verfahrens, um die Dicke der Graphenfolien zu verringern und ihre mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern, und erforscht mit Unterstützung der Gruppe von Prof. Serena Margodonna von der Universität Swansea dieses neue Material auch für andere Anwendungen als Lithium-Ionen-Batterien, zum Beispiel Redox-Flow-Batterien und Natrium-Ionen-Batterien.
