Was ist eine Nanodrahtbatterie?
Eine Nanodrahtbatterie ist eine Form einer chemischen Speicherbatterie, die auf dem Lithium-Ionen-Batteriemodell basiert und erstmals 2007 an der Stanford University in den USA entwickelt wurde. Der Verkauf an die Öffentlichkeit ist für 2012 geplant. Die Technologie verwendet eine Reihe von vielen verbundenen Silizium-Nanodrähten im Milliardstel-Meter-Maßstab, die sich am negativen Spannungsende der Batterie befinden. Dieser Fortschritt in der Materialwissenschaft hat die Speicherdichte gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien von 8 auf 10 erhöht, was dazu führte, dass eine wiederaufladbare Kamera, ein Mobiltelefon oder ein Laptop eine 8 bis 10-mal längere Lebensdauer aufwies, bevor sie erschöpft und leer war Die Nanodrahtbatterie wird auch als Schlüsselentwicklung für Elektroautos angesehen, da sie sowohl aufgrund der vergrößerten Oberfläche der Nanodrähte selbst als auch aufgrund der Verwendung von Silizium in ihrer chemischen Struktur viel schnellere Laderaten aufweist.
Die Prinzipien der Nanodrahtbatterie haben ab 2010 ähnliche Forschungen bei Sandia National Laboratories in den USA ermöglicht, wo eine Silizium-Nanodraht-Anode verwendet wird, die aus nur einem Nanodraht besteht. Dieser Nanodraht ist 100 Nanometer breit oder ungefähr so breit wie ein durchschnittliches rotes Blutkörperchen und ungefähr 10.000 Nanometer lang oder 0,01 Millimeter. Der Zweck dieser Batterie, die mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) hergestellt wird, besteht darin, die Fähigkeiten der Technologie weiter zu erforschen. Es ist auch geplant, dass es als extrem kleine Stromquelle für medizinische Implantate sowie für andere mikroelektronische Geräte dienen soll.
Die Entwicklung der Nanodrahtbatterie gilt als revolutionär, weist jedoch einige begrenzte Nachteile auf. Da die Oberfläche der kombinierten Nanodrähte viel größer ist als die Fläche, die eine Graphitanode in einer typischen Batterie nach einer Zeitspanne von mehreren Wiederaufladephasen aufweist, beginnen die Nanodrähte, eine Festelektrolyt-Interphase (SEI) anzunehmen. Dies ist eine Art chemische Beschichtung, die die Stromtragfähigkeit der Silizium-Nanodraht-Anode einschränkt. Eine solche Einschränkung könnte zu einem schnellen Leistungsabfall der Nanodrahtbatterie führen, wenn diese altert. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass sie praktisch mindestens 250 Mal auf 80% des vollen Ladezustands aufgeladen werden kann. Ziel ist es, einen Ladezustand zu erreichen von 3.000 mal in gewerblichen Produkten.
Seit über dreißig Jahren wird an siliciumbasierten Speicherbatterien geforscht. Praktische Probleme mit dem Quellen von Silizium haben den Nutzen der Idee begrenzt, bis Nanodrähte erfunden wurden. Der leitende Forscher des Projekts an der Stanford University, Dr. Yi Cui, hat die Nanodrahtbatterie seit mindestens 2007 weiterentwickelt. Es wird nun angenommen, dass sie durch die Verwendung von Kohlenstoff-Silizium-Nanodrähten in der Lage ist, die praktische Massenproduktion zu erreichen. die keine hohen Temperaturen erfordern, um zu wachsen, wie dies bei reinem Silizium der Fall ist.