Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Alles zum Energiespeicher eines Elektroautos

Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon dkt » Mi 5. Jun 2013, 14:25

Seit einiger Zeit beschäftige ich mich mit dieser neuen Anode. Gemessen an herkömmlichen Li-Batterien kann sie bis zur vierfachen Kapazität führen, bei wesentlich geringeren Kosten.

Hat jemand von Euch schon Informationen über einen Zellenhersteller, der diese Anode nutzen will oder bereits einbaut?

Wenn das wahr ist, was die Firma Cabot Corp. sagt, dann werden bereits fertige Anoden produziert. Das könnte für die E-Auto Industrie ein enormer Fortschritt sein, denn pro Gewichtseinheit, die dreifache Lademenge zu geringeren Kosten, das wäre schon etwas.
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Beitragvon Twizyflu » Mi 5. Jun 2013, 14:47

Echt? Hast du nen link dazu?
Das wäre ja wirklich ein großer Sprung
3 mal soviel?
Also sagen wir ca für 400 bis 500 km?
Geil :D
Damit wäre mit einem schlag das Hauptargument gegen die E-Autos aus dem Weg.
Geil
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon dkt » Mi 5. Jun 2013, 17:24

Hallo Twizyflu,

vor einiger Zeit habe ich darüber im AMS Forum noch berichtet. Dort hast Du auch alle links zum Thema.

Grüße

dkt

Quelle dazu:

http://www.auto-motor-und-sport.de/foru ... ntensprung
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon agentsmith1612 » Mi 5. Jun 2013, 19:32

Zwei Ansätze die derzeit verfolgt werden und vielversprechend klingen sind die Schwefel Kathode und die Silicium Anode.

Die Veröffentlichungen die ich gelesen habe dazu sind alle aus diesem Jahr, also ziemlich neu.

Beide Materialien weisen eine hohes Maß an Lithiumaufnahme auf.

Schwefel Kathode (http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semi ... -batteries)

Silicium Anode (http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semi ... -batteries)

Zudem soll die Ladedauer erheblich ernidrigt werden können.

Das einzige Problem an beiden System ist noch die Zyklenzahl. Es passiert leider oft, dass die Nanostructuren nach wenigen hundert manchmal sogar nur 10 Zyklen kollabieren (zusammenfallen) und dann halt nicht mehr richtig funktionieren.

Ich denke, dass es noch nicht so weit ist das das industriell machbar ist.

Und ja die Kapazätit wäre in etwa 3 mal so viel, da Schwefel beispielsweise sehr leicht ist.
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon liftboy » Mi 5. Jun 2013, 19:41

Wie sieht es eigentlich aus mit den Zink-Luft-Batterien?

http://www.mein-elektroauto.com/2012/07/zink-luft-batterien-konnten-dem-elektroauto-zum-durchbruch-verhelfen/5598/

Gibt es hier schon Fortschritte und ist diese eigentlich wiederaufladbar? Hab nämlich etwas anderes gelesen.
Gruß Uli
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon dkt » Do 6. Jun 2013, 00:46

agentsmith1612 hat geschrieben:
Das einzige Problem an beiden System ist noch die Zyklenzahl. Es passiert leider oft, dass die Nanostructuren nach wenigen hundert manchmal sogar nur 10 Zyklen kollabieren (zusammenfallen) und dann halt nicht mehr richtig funktionieren.


Hallo agentsmith1612,

zweifellos war bisher Silizium bekannt dafür, dass es zwar eine große Kapazität hat Ionen aufzunehmen, aber auch, dass mit der Aufnahme und Abgabe das Material so gedehnt wird bzw. schrumpft, dass es nach wenigen Zyklen zerfällt.

Deshalb haben die amerikanischen Forscher das Silizium in das Graphen-Korsett gepresst. Das ist im Nanobereich und im Molekularbereich der Fall. Damit bleibt die Kapazität des Siliziums in etwa erhalten, das innerhalb einer soliden Kohlenstoffstruktur, ohne Zerfallmöglichkeit.

Die Zyklenfestigkeit liegt damit im Bereich der herkömmlichen Batterien.

So berichtet der Hersteller, siehe link:

http://news.thomasnet.com/green_clean/2 ... batteries/

Grüße

dkt
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon agentsmith1612 » Do 6. Jun 2013, 06:13

dkt hat geschrieben:
agentsmith1612 hat geschrieben:
Das einzige Problem an beiden System ist noch die Zyklenzahl. Es passiert leider oft, dass die Nanostructuren nach wenigen hundert manchmal sogar nur 10 Zyklen kollabieren (zusammenfallen) und dann halt nicht mehr richtig funktionieren.


Hallo agentsmith1612,

zweifellos war bisher Silizium bekannt dafür, dass es zwar eine große Kapazität hat Ionen aufzunehmen, aber auch, dass mit der Aufnahme und Abgabe das Material so gedehnt wird bzw. schrumpft, dass es nach wenigen Zyklen zerfällt.

Deshalb haben die amerikanischen Forscher das Silizium in das Graphen-Korsett gepresst. Das ist im Nanobereich und im Molekularbereich der Fall. Damit bleibt die Kapazität des Siliziums in etwa erhalten, das innerhalb einer soliden Kohlenstoffstruktur, ohne Zerfallmöglichkeit.

Die Zyklenfestigkeit liegt damit im Bereich der herkömmlichen Batterien.

So berichtet der Hersteller, siehe link:

http://news.thomasnet.com/green_clean/2 ... batteries/

Grüße

dkt


Genau das ist ein Möglichkeit das Problem in den Griff zu bekommen. Die Silizium Schicht mit Graphen zu stabilisieren.

Im Bereich der Schwefelkathode ist es sogar sofern man reinen Schwefel verwendet noch stärker. Durch Lithiumaufnahme dehnen sich die Schwefelpartikel sehr stark aus. Um das zu lösen wurde erfolgreich versucht, die Schwefelpartikel in eine Hülle zu packen, die dauerhaft so groß ist wie der Schwefel im Lithium belandenen Zustand.


Zur Zink-Luft Battarie oder auch Li-Luft-Batterie, weiß ich das beide sehr hohe Kapazitäten pro Volumen bzw. Gewicht aufweisen. Eine der größten Herrausforderungen dabei ist jedoch, die Grenzschicht zwischen Luft und Material. Dort kommt es zu Passivierungen und Deaktivierung der aktiven Schicht, die dann nicht mehr für die Reaktion zur Verfügung steht und die Kapazität vermindert.
Die Forscher wissen aber noch nicht ganz genau wie das überhaupt Zustande kommt.
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon Twizyflu » Do 6. Jun 2013, 10:15

Aber man kommt halt schritt für schritt voran nehme ich mal an?
Hauptsache es tut sich irgendwann mal was bzgl der Kapazität
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon dkt » Do 6. Jun 2013, 14:00

Bei der Verwendung von Schwefel wird dieser nun – nach Informationen des Fraunhofer Instituts - als Kathode verwendet. Damit dieser nicht nach wenigen Zyklen den Elektrolyt zerstört, wird er in ein Kohlenstoffkorsett eingebunden, das in seinen Poren groß genug ist, um den Ionen Austausch zuzulassen, aber den Schwefel in Form hält.

Damit ließe sich eine Energiedichte von bis zu 600 Wh pro Kg erreichen, bzw. eine Zyklenfestigkeit, von etwa 1.400.

Der gleiche Versuch wird, von anderer Seite, mit Kunststoff gemacht (inverse-vulkanisierte Schwefelpolymere).

Schwefel und Silizium haben beide den Vorteil, dass sie nahezu unbegrenzt vorkommen und wenig Kosten verursachen.

Der Unterschied besteht aber bei beiden Techniken einmal darin, dass Silizium, eingeschlossen in Graphen, als Anode genutzt wird, während der, Kohlenstoff oder Kunststoff eingebundene Schwefel, als Kathode fungiert.

Soweit ich es verstanden habe, ist die Silicon-Graphen-Anode technisch soweit ausgereift, dass diese in bereits bestehende Zellchemie eingebaut werden kann, wohingegen die Schwefeltechnik noch in der Forschung ist. Lithium Luft ist dagegen noch eher in der Grundlagenforschung und weit weg. Wohingegen die Silicon-Graphen-Anode, wenn ich es richtig beurteile, in etwa zwei Jahren im Markt sein könnte.

Der Schwefel, so wie es sich darstellt ist im Vergleich zum Silizium noch etwas besser, was die Speicherfähigkeit pro kg Gewicht angeht, aber, die Zyklenfestigkeit ist möglicherweise bei Silizium höher.

Für diese Behauptungen lege ich noch nicht die Hand ins Feuer, aber beim Durchlesen der Quellen entsteht – für mich – dieses Bild.
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon agentsmith1612 » Do 6. Jun 2013, 16:52

Theoretisch könnte man sogar beides nutzen, als Kathode mit Schwefel und Anode mit Silizium.

Hoffen wir mal dass es auch später in großem Produktionsmaßstab solche Kapazitätssprünge geben wird.

Mit den Kosten gebe ich dir Recht, Schwefel kostet ohnehin sogut wie gar nichts, da er Abfallprodukt ist und Silicium ist auch in fast unbegrenzter Menge verfügbar und das sogar in einer Reinheit wie kein anderes Element (dank der Halbleiterindustrie).
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