Seit vielen Jahrzehnten suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, das leistungsstarke und dennoch brennbare reine Lithium in Batterien sicher zu verwenden.
John Goodenough , der 94-jährige Vater von Lithium-Ionen-Batterien, behauptet, eine neue Lösung gefunden zu haben.
Der Wissenschaftler und sein Team von der University of Texas in Austin
entwickelten die ersten Festkörperbatteriezellen, die zu einer sichereren und schnelleren Batterieladung führen und diese haltbarer machen könnten.
Wenn dies zutrifft, kann die Erfindung es Elektroautos ermöglichen, im Preis mit herkömmlichen Autos zu konkurrieren, und die Lebensdauer mobiler Geräte und stationärer Energiespeicherelemente verlängern. Die unglaubliche Lösung, die in einem Artikel von Goodenough und seinen drei Co-Autoren beschrieben wurde, stieß bei führenden wissenschaftlichen und technischen Publikationen auf großes Interesse. Ihm zufolge kann eine Batterie dieses Typs 5-10 mal mehr Energie speichern als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Die Wissenschaftler stellten jedoch Fragen nach der Fähigkeit, eine solche Energiemenge einzusparen und gleichzeitig die Grundgesetze der Thermodynamik nicht zu verletzen.
Goodenough berichtete, dass in seiner Batteriezelle in einem Experiment eine 10-fache Erhöhung der Energiedichte und in einem anderen eine 3-fache Erhöhung erreicht wurde. In einem der nachfolgenden Tests wurde sogar eine 30-fache Steigerung erreicht - 8,5 kWh / kg. Gleichzeitig brauchte er keine teuren exotischen Materialien - der Wissenschaftler und sein Team schafften es mit Natrium und Schwefel. Wenn es Gudenaf gelingt, die Zweifel der wissenschaftlichen Gemeinschaft abzubauen, kann seine Batterie in der Tat weit verbreitet sein.
Es überrascht nicht, dass die Arbeit von Goodenough und seinem Team unter den Vertretern der Wissenschaft für Aufregung sorgte. Am 28. Februar gab die University of Texas bekannt, dass Wissenschaftler einen Weg gefunden haben, eine Anode aus reinem Lithium oder Natrium einzubauen, die aufgrund ihres Energiepotentials seit Jahrzehnten das Hauptziel ist. Der Schlüsselfaktor, der dies ermöglichte, war die Verwendung von Glas als Elektrolyt, das die beiden Elektroden der Batterie verband und die Bewegung von Ionen zur Stromerzeugung erleichterte.
Andere führende Forscher auf diesem Gebiet standen der Entdeckung von Gudenaf jedoch skeptisch gegenüber. Sie sind sicher, dass, wenn Sie die Studie sorgfältig studieren, klar wird, dass der Wissenschaftler die Gesetze der Thermodynamik in Frage stellt, die für die Entwicklung von Batterien seit mehr als einem halben Jahrhundert von grundlegender Bedeutung sind.
Gudenafs lange Karriere hat die moderne Batterieindustrie geprägt. Forscher glauben, dass seine Messungen genau sind. Aber niemand außer Gudenaf und seinen Kollegen scheint sein neues Konzept verstanden zu haben. Die Forschungsgemeinschaft möchte die Person, die die Entwicklung der Branche bestimmt hat, nicht offen herausfordern. "Wenn jemand anderes einen solchen Artikel veröffentlicht hätte, hätte ich kaum höfliche Worte finden können", sagte Daniel Steingart, Professor an der Princeton University.
Goodenough antwortet nicht auf Briefe, aber in einer Erklärung auf der Website der Universität von Texas, auf der er weiter arbeitet, sagte er: „Wir glauben, dass unsere Entdeckung viele der Probleme löst, die modernen Batterien inhärent sind. Kosten, Sicherheit, Energiedichte, Ladezustand, Entladung und Lebenszyklus sind entscheidend für batteriebetriebene Fahrzeuge, die bislang nicht weit verbreitet sind. “ Darüber hinaus sagt Helena Braga, Hauptautorin der Studie, in Antwortschreiben, dass die Erfindung des Teams wirklich funktioniert.
Trotz aller Verdienste hat seine neueste Arbeit die wissenschaftliche Gemeinschaft verblüfft. Der Artikel sagt nicht, wie eine neue Erfindung von Gudenaf Energie speichern kann? Die bekannten Gesetze der Festkörperphysik schreiben vor, dass zur Gewinnung von Energie aus verschiedenen Materialien unterschiedliche elektrochemische Reaktionen in zwei gegenüberliegenden Elektroden erzeugt werden müssen. Dieser Unterschied erzeugt Spannungen, wodurch Energie gespart werden kann.
Die Batteriezellen von Gudenaf und seinem Team bestehen jedoch auf beiden Seiten aus reinem Lithium oder Natrium. Daher muss die Spannung Null sein. Der Wissenschaftler berichtet, dass die Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Batterien um ein Vielfaches erhöht ist. Woher kommt Energie, wenn in den Elektroden keine Reaktion stattfindet? In der wissenschaftlichen Arbeit wurde diese Frage nicht beantwortet.
Professor Steingart
führte eine Analyse der Arbeit von Goodenough durch und nannte die im Element verborgene Energie „anomale Fähigkeit“. Und er fragt auch, ob Sauerstoff in die Batteriezellen gelangt ist, wodurch versehentlich eine Lithium-Luft-Batterie entstehen könnte, die eine solche Energiedichte erklären würde. Lithium-Luft-Batterien sind der zweite Heilige Gral in der Wissenschaft, noch schwerer zu fassen als eine reine Lithium-Anode. Niemand hat es geschafft, ein solches Element herzustellen, das länger als mehrere Zyklen dauerte.
Helena Braga wiederum bestreitet die Erklärung „Lithium-Luft“ und besteht darauf, dass ihre Batteriezellen fest sind. Sie merkt auch an, dass ihre Batterie während des Experiments Hunderte von Zyklen dauerte - länger als jede wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie.
Goodenough ist seit fast vier Jahrzehnten eine Schlüsselfigur in der Welt der modernen Batterien. 1980 erfand er die Lithium-Kobaltoxid-Kathode, die 1991 in den Handel kam. Seitdem lassen die massiv vermarkteten Batterien jedoch zu wünschen übrig. Die moderne Batterietechnologie ist ein ernstes Hindernis für die Entwicklung zukünftiger Technologien, einschließlich der Massenproduktion von Elektrofahrzeugen. Die Batterien sind zu teuer für sie und das Aufladen dauert lange.