Neue papierähnliche Batterie trotzt mühelos eisigen Temperaturen

Angenommen, Sie möchten eine Drohne bis zu 100.000 Fuß fliegen. Du wirst ein Problem haben: Die Batterie in deinem UAV wird bei den extrem niedrigen Temperaturen im oberen Bereich unserer Atmosphäre wahrscheinlich sehr schnell keinen Saft mehr haben. Versuchen Sie, eine Drohne in eine niedrige Erdumlaufbahn zu schicken, und es wird noch schlimmer.

Batterien werden mit chemischen Reaktionen betrieben, und niedrigere Temperaturen verlangsamen diese Reaktionen. Eine von einem Ingenieur der Kansas State University entwickelte Batterie löst dieses Problem jedoch mit einem radikal neuen Design.

Gurpreet Singh und sein Team haben eine papierähnliche Batterie entworfen, die Materialien verwendet, die traditionell nicht in Batterien oder Elektroden verwendet werden, nämlich Graphen und Silizium. Es ist schwierig, sie in herkömmliche Batterien einzubauen, da sie chemisch-mechanisch instabil sind und einen schlechten Wirkungsgrad aufweisen (die Anzahl der vollständigen Lade- / Entladezyklen, die eine Batterie ausführen kann, bevor sie unter 80 Prozent der Spitzenleistung fällt).

Singh und sein Team stellten eine Elektrode her, die eine Keramik namens Siliziumoxycarbid zwischen Plättchen aus chemisch modifiziertem Graphen platziert. Diese Keramik entsteht durch Erhitzen eines flüssigen Harzes bis zu einem Punkt, an dem es sich zersetzt und in scharfe glasähnliche Partikel übergeht. Das Ergebnis sieht aus wie Papier. Das Entscheidende an diesem Design ist, dass kein herkömmliches Metall und Polymer verwendet wird. Singh sah diese Elemente als totes Gewicht an und schnitt sie ab. "Das papierähnliche Design unterscheidet sich deutlich von den in heutigen Batterien verwendeten Elektroden, da der Metallfolienträger und der Polymerklebstoff entfallen, die beide nicht zur Kapazität der Batterie beitragen."

Gurpreet Singh und sein Forschungsteam haben eine papierähnliche Batterieelektrode unter Verwendung von Siliziumoxycarbidglas und Graphene entwickelt. Kansas State University

Mit der Beseitigung dieser inaktiven Elemente hat Singh eine Batterie geschaffen, die leichter und effizienter ist. Es hat einen Wirkungsgrad von nahezu 100 Prozent für mehr als tausend Entladungen. Während dies wichtig ist, passiert das wirklich aufregende Zeug, wenn die Materialien kalt werden.

Eine Energizer-Lithium-AA-Batterie beginnt, ihre Kapazität in Milliamperestunden (mAh) zu verlieren, wenn die Temperatur unter 0 Grad Celsius fällt, und wenn die Temperatur fällt, nimmt der Kapazitätsverlust zu. Im Natürliche KommunikationSingh stellt fest, dass die Papierelektrodenzellen bei 200 (mAh) einwandfrei funktionieren, selbst wenn sie einen Monat lang bei -15 Grad gehalten werden.

Spannend sind die Möglichkeiten mit einem Akku, der der Kälte besser standhält. Es gibt die Idee einer kleinen wiederaufladbaren Drohne, die hoch in die Atmosphäre fliegen kann und eine Kamera trägt, die für Beobachtungsforschung in polaren Umgebungen oder tief unter Wasser verwendet wird. Singh merkt an, dass dies letztendlich eine praktische Verwendung der Batterie im Weltraum ermöglichen könnte. Der nächste Schritt ist, alles größer zu machen: In der Pressemitteilung der KSU wollen Singh und sein Team ihr einzigartiges "Elektrodenmaterial in noch größeren Dimensionen" herstellen.

Quelle: Phys.org