Ein möglicherweise entscheidender Grund für die Tendenz von Lithium-Ionen-Batterien zur Selbstentladung wurde anscheinend von Forschern des von Tesla finanzierten Batterieforschungszentrums an der Dalhousie University entdeckt. Bemerkenswert war, dass die Ergebnisse der Gruppe erstaunlich einfach, aber potenziell tiefgreifend waren.
Elektronische Produkte wie Smartphones und Laptops neigen mit der Zeit zur Selbstentladung. Es ist ein allzu vertrautes Szenario, bei dem ein Gerät die Batterieladung verliert, obwohl es für einen bestimmten Zeitraum nicht verwendet wird. Aber während dies heute als normal gilt, haben Forscher der Dalhousie University möglicherweise den Schuldigen für sich selbst entladende Lithium-Ionen-Batterien entdeckt.
Dr. Michael Metzger, Assistenzprofessor am Herzberg-Dahn-Lehrstuhl und am Department of Physics and Atmospheric Science der Dalhousie University, stellte fest, dass ein kommerzielles Klebeband, das Elektroden in Lithium-Ionen-Batterien zusammenhält, einen entscheidenden Beitrag zur Selbständigkeit leisten könnte. Entladevorgang.
„In kommerziellen Batteriezellen gibt es Klebeband – wie Klebeband – das die Elektroden zusammenhält, und es gibt eine chemische Zersetzung dieses Klebebands, wodurch ein Molekül entsteht, das zur Selbstentladung führt. In unserem Labor führen wir viele hochkomplexe Experimente durch, um Batterien zu verbessern, aber dieses Mal haben wir eine ganz einfache Sache entdeckt. Es ist eine ganz einfache Sache – es ist in jeder Plastikflasche, und niemand hätte gedacht, dass dies einen so großen Einfluss auf den Abbau von Lithium-Ionen-Zellen hat“, sagte Dr. Metzger.
Um Lithium-Ionen-Batteriezellen und ihr Selbstentladungsverhalten zu verstehen, öffneten Dr. Metzger und sein Team mehrere Zellen und setzten sie verschiedenen Temperaturen aus. Zu ihrer Überraschung stellte das Team fest, dass die Elektrolytlösung in der Zelle hellrot war. Bei weiteren Untersuchungen platzierte das Team Zellen mit herkömmlicher Elektrolytlösung bei vier verschiedenen Temperaturen in Öfen. Es wurden vier verschiedene Ofentemperaturen verwendet, die von 25°C bis 70°C reichten. Die Zellprobe bei 25°C blieb klar, während die Probe bei 55°C hellbraun und die bei 70°C blutrot wurde. Anschließend führte das Team eine chemische Analyse durch, um die Zusammensetzung des Elektrolyten zu untersuchen.
Es folgen die Beobachtungen des Teams.
„Dann fanden (die Forscher) heraus, dass sich das Polyethylenterephthalat oder PET im Klebeband zersetzt und das Molekül bildet, das zur Selbstentladung führt. Das Molekül wird als Redox-Shuttle bezeichnet, weil es zur positiven Seite der Elektrode, dann zur negativen Seite und dann zurück zur positiven Seite wandern kann. Es pendelt also zwischen den Elektroden und erzeugt die Selbstentladung, genau wie Lithium es tun soll. Das Problem ist, dass das Shuttle-Molekül die ganze Zeit im Hintergrund macht, auch wenn sich kein Lithium bewegen soll, wenn die Batterie nur da sitzt.“
„Das haben wir nie erwartet, weil sich niemand diese inaktiven Komponenten, diese Bänder und Plastikfolien in der Batteriezelle ansieht, aber es muss wirklich berücksichtigt werden, wenn man Nebenreaktionen in der Batteriezelle begrenzen will“, sagte Dr. Metzger.
Die Ergebnisse von Dr. Metzger und seinem Team finden Sie unten.
Büchele 2023 J. Electrochem. Soc. 170 010518 von Simon Alvarez auf Scribd
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Von Tesla finanzierte Forscher entdecken überraschende Details über Entladungen von Lithium-Ionen-Batterien
