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Ein möglicherweise entscheidender Grund für die Tendenz von Lithium-Ionen-Batterien zur Selbstentladung wurde offenbar von Forschern des von Tesla finanzierten Batterieforschungszentrums an der Dalhousie University entdeckt. Bemerkenswert war, dass die Ergebnisse der Gruppe erstaunlich einfach und dennoch potenziell tiefgreifend waren.

Elektronische Produkte wie Smartphones und Laptops neigen mit der Zeit zur Selbstentladung. Es ist ein nur allzu bekanntes Szenario, bei dem ein Gerät die Akkuladung verliert, obwohl es längere Zeit nicht verwendet wurde. Obwohl dies heute als normal gilt, haben Forscher der Dalhousie University möglicherweise den Übeltäter für die Selbstentladung von Lithium-Ionen-Batterien entdeckt.

Dr. Michael Metzger, Assistenzprofessor am Herzberg-Dahn-Lehrstuhl und in der Abteilung für Physik und Atmosphärenwissenschaften der Dalhousie-Universität, stellte fest, dass ein kommerzielles Klebeband, das Elektroden in Lithium-Ionen-Batterien zusammenhält, einen wichtigen Beitrag zur Selbstregulierung leisten könnte. Entladevorgang.

„In kommerziellen Batteriezellen gibt es ein Klebeband – wie Klebeband – das die Elektroden zusammenhält, und es kommt zu einer chemischen Zersetzung dieses Klebebands, wodurch ein Molekül entsteht, das zur Selbstentladung führt. In unserem Labor machen wir viele davon sehr gut.“ Wir haben komplexe Experimente zur Verbesserung von Batterien durchgeführt, aber dieses Mal haben wir etwas ganz Einfaches entdeckt. Es ist eine ganz einfache Sache – es ist in jeder Plastikflasche enthalten, und niemand hätte gedacht, dass dies einen so großen Einfluss auf die Verschlechterung der 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 leuchtend rot war. Zur weiteren Untersuchung platzierte das Team Zellen mit gemeinsamer Elektrolytlösung in Öfen bei vier verschiedenen Temperaturen. Es wurden vier verschiedene Ofentemperaturen im Bereich von 25 °C bis 70 °C verwendet. Die Zellprobe blieb bei 25 °C klar, während die Probe bei 55 °C hellbraun wurde und die Probe bei 70 °C blutrot wurde. Anschließend führte das Team eine chemische Analyse durch, um die Zusammensetzung des Elektrolyten zu untersuchen.

Im Folgenden sind die Beobachtungen des Teams aufgeführt.

„Dabei stellten die Forscher fest, dass sich das Polyethylenterephthalat oder PET im Band zersetzt und das Molekül erzeugt, das zur Selbstentladung führt. Das Molekül wird Redox-Shuttle genannt, weil es zur positiven Seite der Elektrode wandern kann.“ , dann zur negativen Seite und dann zurück zur positiven Seite. Es pendelt also zwischen den Elektroden hin und her und erzeugt so die Selbstentladung, genau wie Lithium es tun soll. Das Problem ist, dass das Shuttle-Molekül dies ständig tut im Hintergrund, auch wenn sich eigentlich kein Lithium bewegen soll, wenn die Batterie einfach da sitzt.“

„Das ist etwas, was wir nie erwartet hätten, weil niemand auf diese inaktiven Komponenten, diese Bänder und Kunststofffolien in der Batteriezelle schaut, aber es muss wirklich in Betracht gezogen werden, wenn man Nebenreaktionen in der Batteriezelle begrenzen will“, sagte Dr. Metzger.

Die Ergebnisse von Dr. Metzger und seinem Team finden Sie unten.

Buechele 2023 J. Electrochem. Soc. 170 010518 von Simon Alvarez auf Scribd

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