de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der chinesischen Tsinghua-Universität (Tsinghua University) hat eine auf Keramikmaterial basierende Mikro-Lithium-Ionen-Batterie entwickelt, die extremen Temperaturen standhält und eine sicherere Stromversorgung für intelligente Sensoren, Luft- und Raumfahrtausrüstung sowie militärische Anwendungen bietet.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien mit brennbaren flüssigen Elektrolyten arbeitet diese wiederaufladbare Festkörperbatterie stabil bei 150 Grad Celsius und kann kurzzeitig Temperaturen von 300 Grad Celsius ohne Leistungseinbußen überstehen. Bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien können flüchtige Elektrolyte bei Hitzeeinwirkung oder physischer Beschädigung (z. B. Durchstechen) Brände oder Explosionen auslösen, was ihren Einsatz in kritischen Bereichen wie Brandmeldesystemen, industriellen IoT-Sensoren, Luft- und Raumfahrt sowie Militär und Verteidigung einschränkt. In einem am 5. Juni in der Fachzeitschrift „Matter“ veröffentlichten Artikel wies das Forschungsteam darauf hin, dass die vollkeramische Batterie klein, energiedicht und ohne externen Druck über einen weiten Temperaturbereich stabil arbeitet und somit eine sichere und mechanisch robuste Lösung für die Stromversorgung mikroelektronischer Geräte bietet.
Lithium-Ionen-Batterien verwenden üblicherweise flüssige Elektrolyte als Medium für die Bewegung der Lithium-Ionen. Mit der Verbreitung von Mikrogeräten wie intelligenten Sensoren und tragbarer Elektronik steigt die Nachfrage nach kompakten, sicheren, energiedichten Stromquellen, die auch unter rauen Bedingungen betrieben werden können. Festkörper-Lithiumbatterien, die feste Medien zum Ladungstransport nutzen, bieten hervorragende Sicherheit und Nichtbrennbarkeit und sind daher ein Forschungsschwerpunkt. Vollkeramische Festkörperbatterien sind eine Option für Mikrogeräte, doch das Forschungsteam wies darauf hin, dass die Herstellung dünnerer keramischer Festkörperelektrolyte einen Kompromiss zwischen Dicke und mechanischer Festigkeit erfordert – das schichtweise Abscheiden von Keramikmaterial könnte dessen Integrität beeinträchtigen.
Um dieses Problem zu lösen, schlug das Team eine neuartige mehrschichtige, anodenlose vollkeramische Mikro-Lithium-Ionen-Batterie vor, deren Leistung durch eine verbesserte Zwischenschichtkontakttechnik gesteigert wird. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung stapelbarer Batterien, deren Größe sich leicht an verschiedene Anwendungen anpassen lässt, und zeigt über einen weiten Temperaturbereich von 0 bis 150 Grad Celsius gute Arbeitsleistung und Stabilität. Experimente zeigten, dass die Batterie sogar nach einem 20-sekündigen thermischen Schock bei 300 Grad Celsius noch normal funktioniert.
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