Das Koreanische Atomenergieforschungsinstitut gab am 27. Februar bekannt, dass es erfolgreich Maxene-Verbundwerkstoffe entwickelt und damit die wichtigsten technischen Probleme anodenfreier Batterien gelöst und eine Präzisionsanalyse sowie Leistungsüberprüfung durch ein Neutronendispersionsgerät abgeschlossen habe. Anodenfreie Batterien sind eine Energiespeichertechnologie der nächsten Generation, bei der die herkömmliche Batteriekathode entfernt wird, um ein leichteres und kleineres Design bei gleichzeitiger Erhöhung der Energiespeicherkapazität zu erreichen.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Forschungsteam Maxene-Verbundwerkstoffe. Dieses Material besteht aus ultradünnen Kohlenstoff-Titan-Schichten und verfügt über eine metallähnliche Leitfähigkeit und Flexibilität, was die Leistung anodenfreier Batterien verbessern kann. Um den Mangel des schlechten Ionenflusses zu beheben, fügte das Team hochleitfähige ultrafeine Silberpartikel zwischen mehrere Schichten Maxene ein, um eine Mikrokanalstruktur zu bilden. Nachdem das Verbundmaterial zur Herstellung der Metallplatte verwendet wurde, die die beweglichen Ionen der Anode sammelt, erhöhte sich die Breite des Ionenwegs von 2,4 Nanometer auf 25 Nanometer, also um mehr als das Zehnfache. Ein gleichmäßiger Ionenfluss verringert wirksam Dendritenschäden und verbessert die Sicherheit und Betriebseffizienz der Batterie.

Das Einfügen von Silberionen ist technisch schwierig, da sowohl Maxene als auch Silberionen negative Gradienten aufweisen. Das Forschungsteam verwendete Vakuumfiltration, um den Innendruck zu reduzieren und den äußeren atmosphärischen Druck zu nutzen, um Silberionen schnell in die Maxene-Schichten zu drücken. Durch dieses innovative Verfahren wird die Stabilität des Verbundwerkstoffs gewährleistet. Während der fortgesetzten Überprüfung analysierte das Team mithilfe von Neutronen-Photonen-Geräten die Bewegungsbahn der Ionen, bestätigte die Durchflussüberschreitung und verifizierte durch Leitfähigkeitstests den normalen Betrieb der anodenfreien Batterie. Das Small Angle Neutron Photon System (SANS) nutzt die Beleuchtung mit kalten Neutronenquellen, um Materialstrukturen und Defekte genau zu analysieren und so eine zuverlässige Datenunterstützung für die Forschung zu liefern.

Diese Leistung wurde vom Industrie-Wissenschaft-Forschungskooperationsplattformprojekt des südkoreanischen Ministeriums für Wissenschaft und IKT finanziert und als Titelartikel in der Online-Version des Journal of Physical Chemistry Letters veröffentlicht. Dr. Lee Ho-sang vom Koreanischen Atomenergieforschungsinstitut sagte, dass die Mikroweg-Kontrolltechnologie der Maxene-Verbundwerkstoffe einen entscheidenden Durchbruch bei der Verlängerung der Lebensdauer und Sicherheit leerer Batterien darstelle und der künftigen Sekundärbatterieforschung voraussichtlich neue Vitalität verleihen werde.