{"id":15736,"date":"2022-04-01T11:32:00","date_gmt":"2022-04-01T09:32:00","guid":{"rendered":"https:\/\/deinenergieportal.de\/?p=15736"},"modified":"2022-03-28T10:50:06","modified_gmt":"2022-03-28T08:50:06","slug":"verbesserte-leistung-fuer-lithium-ionen-akkus-und-brennstoffzellen-durch-licht","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/deinenergieportal.de\/?p=15736","title":{"rendered":"Verbesserte Leistung f\u00fcr Lithium-Ionen-Akkus und Brennstoffzellen durch Licht"},"content":{"rendered":"\n

Brennstoffzellen und Lithium-Ionen-Akkus sind, genau wie andere L\u00f6sungen, darauf angewiesen, dass sich die Ionen gut bewegen k\u00f6nnen. Hier gibt es aber leider viele Hindernisse. Jetzt hat sich ein Forschungsteam, das aus Personen um Jennifer L. N. Rupp (Technische Universit\u00e4t M\u00fcnchen, TUM) und Harry L. Tuller (Massachusetts Institute of Technology, MIT) besteht, demonstriert, dass Licht zum Einsatz kommen kann, um die Ionenbeweglichkeit zu verbessern und so die Leistung der betroffenen Ger\u00e4te zu erh\u00f6hen.<\/p>\n\n\n\n

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Prof. Dr. Jennifer Rupp, Professorin f\u00fcr Chemie der Festk\u00f6rperelektrolyte in ihrem Labor im Geb\u00e4ude der Fakult\u00e4t f\u00fcr Chemie der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (\u00a9 Uli Benz \/ TUM)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n\n\n\n\n

Elektrische Ladung kann auf verschiedene Weise durch ein Material transportiert werden. Am bekanntesten ist die elektrische Leitf\u00e4higkeit von Metallen, bei der die Ladung von Elektronen getragen wird. In vielen Devices allerdings sind Ionen f\u00fcr den Ladungstransport zust\u00e4ndig. Ein Beispiel sind Lithium-Akkus, bei denen beim Laden und Entladen Lithium-Ionen bewegt werden. In \u00e4hnlicher Weise sind Brennstoffzellen auf den Transport von Wasserstoff- und Sauerstoff-Ionen angewiesen, wenn ein Strom flie\u00dfen soll.

Als Festelektrolyte f\u00fcr den Transport von Sauerstoff-Ionen werden derzeit Keramiken untersucht. Aber: \u201eWir stellten bei unseren Untersuchungen immer wieder fest, dass die Ionenleitf\u00e4higkeit \u2013 also die Geschwindigkeit, mit der sich die Ionen bewegen k\u00f6nnen \u2013 oft deutlich dadurch verschlechtert wird, dass Korngrenzen im keramischen Material die Ionen behindern, was die Effizienz der resultierenden Ger\u00e4te begrenzt\u201c, sagt Prof. Harry L. Tuller vom Massachusetts Institute of Technology.

Licht verleiht Ionen Fl\u00fcgel<\/strong>

In ihrer aktuellen Publikation zeigen Tuller und seine Kollegin Jennifer L. M. Rupp, Professorin f\u00fcr Festk\u00f6rperelektrolytchemie an der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen, wie Licht genutzt werden kann, um die Barriere zu senken, auf die Ionen an Korngrenzen treffen. Einige auf Ionenleitf\u00e4higkeit basierende Vorrichtungen, wie Festoxid-Brennstoffzellen, m\u00fcssen bei sehr hohen Temperaturen betrieben werden, damit die Ionen die Korngrenzbarriere \u00fcberwinden k\u00f6nnen. Betriebstemperaturen von bis zu 700 Grad Celsius bringen jedoch ihre eigenen Probleme mit sich: Die Materialien altern schneller und die Infrastruktur zum Aufrechterhalten dieser hohen Temperaturen ist kostspielig.

\u201eUnser Traum war es, ein Werkzeug zu finden, mit dem wir die Barrieren auch bei niedrigeren Temperaturen \u00fcberwinden und damit die gleichen Leitf\u00e4higkeiten erreichen k\u00f6nnen\u201c, sagt Erstautor und Doktorand Thomas Defferriere. Als ein solches Werkzeug stellte sich Licht heraus, das in diesem Zusammenhang noch nie zuvor erforscht worden war.

H\u00f6here Wirkungsgrade bei Energieumwandlung und -speicherung<\/strong>

\u201eUnsere Forschung zeigt, dass die Belichtung keramischer Materialien f\u00fcr Brennstoffzellen und in Zukunft vielleicht auch Batterien die Ionenbeweglichkeit erheblich erh\u00f6hen kann\u201c, sagt Rupp. \u201eIn Gadolinium-dotiertem Ceroxid, einer Keramik die als Brennstoffzellen-Festk\u00f6rperelektrolyt eingesetzt wird, erh\u00f6hte die Belichtung die Leitf\u00e4higkeit an den Korngrenzen um den Faktor 3,5.\u201c

Dieser neu entdeckte \u201eopto-ionische Effekt\u201c k\u00f6nnte in Zukunft viele Anwendungen haben. Beispielsweise k\u00f6nnte er die Leistung d\u00fcnner Feststoffelektrolyte in zuk\u00fcnftigen Lithium-Ionen-Akkus verbessern und somit h\u00f6here Laderaten erm\u00f6glichen, oder den Weg f\u00fcr die Entwicklung neuer elektrochemischer Speicher- und Umwandlungstechnologien ebnen, die bei niedrigeren Temperaturen arbeiten und h\u00f6here Wirkungsgrade erzielen. Licht kann auch pr\u00e4zise fokussiert werden, was eine r\u00e4umliche Steuerung des Ionenflusses an genau festgelegten Punkten oder ein Schalten der Leitf\u00e4higkeit in keramischen Materialien erm\u00f6glicht.<\/p>\n\n\n\n

Weitere Informationen: https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41563-021-01181-2<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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