Günstige Kalium-Ionen-Batterie rückt näher

Blütenähnliche Gebilde für effektive Kalium-Ionen-Batterien (Illustration: en.xjtu.edu.cn)

Xi'an (pte029/30.10.2023/12:30) - Die Entwicklung der Kalium-Ionen-Batterie ist dank Forschern der Jiaotong Universität ( http://en.xjtu.edu.cn ) und ihrer neuartigen Elektrode ein ganzes Stück vorangekommen. Sie erhöht die Speicherung von Kalium-Ionen deutlich, heißt es. Damit ist ein Nachteil dieser Technik wettgemacht worden - die verglichen mit der Lithium-Ionen-Batterie bisher zu geringe Kapazität.

Kalium 433 Mal häufiger

Kalium ist ein enger Verwandter des Lithiums. Batterien, die aus den beiden Elementen hergestellt werden, haben eine große Ähnlichkeit. Die Nutzung von Kalium ist attraktiv, weil dieses Alkalimetall mit einem Anteil von 2,6 Prozent zu den zehn am häufigsten in der Erdkruste vorkommenden Elementen gehört und entsprechend billig ist. Lithium kommt dagegen nur auf einen Anteil von 0,06 Promille und ist entsprechend teuer.

Die neuen Elektroden bestehen aus Nanoröhrchen, die Nickel, Kobalt und Selen enthalten, die chemische Formel lautet NiCo2Se4. Sie verbessern die elektrochemische Reaktivität, sodass sich neben einer Verbesserung der Speicherfähigkeit der Kalium-Ionen auch deren Transport beschleunigt. Das führt zu kürzeren Ladezeiten. "Dieses bimetallische Selenid wird bereits für die Speicherung von Natrium-Ionen, in Superkondensatoren und Elektrokatalysatoren getestet", so Mingyue Wang.

Ausreichend große Kanäle

"Bei der Synthese von NiCo2Se4 mithilfe eines zweistufigen hydrothermischen Prozesses entwickelt sich eine Nanoröhrenstruktur mit blütenähnlichen Clustern mit einer Fülle von Kanälen für den Kalium-Ionen- und Elektronentransfer", sagt Mingyue. Zunächst stellt er mit seinem Team Ni-Co-Kügelchen her. Diese haben eine genau definierte Kristallstruktur, die im Rahmen eines Prozesses namens Selenisierung mit dem Halbmetall angereichert werden. Dabei bilden sich Nanoröhrchen.

Diese entstehen aufgrund eines Phänomens namens Kirkendall-Effekt, bei dem sich zwei Metalle bei einer bestimmten Temperatur wegen der unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten ihrer Atome bewegen. Die Röhrchen haben einen Durchmesser von etwa 35 Nanometern. Damit bieten sie ausreichend Platz für die Übertragung der Kaliumionen und Elektronen. Jetzt wollen die Forscher eine neue Anode nutzen, um eine funktionierende Batterie aufzubauen.

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