Erfahren Sie mehr über die drei Ersatztechnologien

Dr. Zhang beschrieb die folgenden drei thermischen Batterietechnologien, von denen sich die meisten noch im Labor befinden. Obwohl es bis zur kommerziellen Produktion noch ein weiter Weg ist, glauben wir, dass die schnelle Entwicklung mobiler elektronischer Produkte die Kosten für Batterien erhöhen wird, was zweifellos den technologischen und kommerziellen Umbruch beschleunigen wird.

Mobiltelefone, Tablets und tragbare Geräte boomen, aber der Akku ist einer ihrer Engpässe. Die meisten neuen Smartphone-Nutzer sind von der Akkulaufzeit enttäuscht. Früher nutzten sie ihre Handys 4 bis 7 Tage lang, heute müssen sie sie täglich aufladen.

Lithiumbatterien sind am weitesten verbreitet und werden von Sponsoren und Brancheninsidern bevorzugt, aber auf lange Sicht reichen sie möglicherweise nicht aus, um ihre Energiedichte zu verdoppeln. In Smartphones verbringen die Menschen mehr Zeit online, schneller, und Support-Chips müssen auch schneller sein. Gleichzeitig werden trotz verbesserter Energiesparmaßnahmen die Bildschirme größer und die Energiekosten steigen. Dr. Zhang Yuegang, ein internationaler Batterieexperte an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte, dass die Akkus einer Woche für Smartphones möglicherweise nicht ausreichen.

Die Energiedichte ist einer der Kernindikatoren zur Messung der Batteriequalität und ihre Strategie besteht darin, immer mehr Energie in leichteren und kleineren Batterien zu speichern. Beispielsweise verbrauchen die Lithiumbatterien von BYD, berechnet nach Gewicht und Volumen, derzeit 100-125 Wattstunden/kg bzw. 240-300 Wattstunden/Liter. Der im Elektroauto Tesla Model S verwendete Panasonic Laptop-Akku hat eine Energiedichte von 170 Wattstunden pro Kilogramm. In unserem vorherigen Bericht verbesserte das amerikanische Unternehmen Enevate die Kathodendaten, um die Energiedichte von Lithiumbatterien um mehr als 30 % zu erhöhen.

Um die Energiedichte von Batterien exponentiell zu erhöhen, müssen Sie auf Batterietechnologie der nächsten Generation setzen. Zhang Yuegang stellte uns die folgenden drei thermischen Batterietechnologien vor, von denen sich die meisten noch im Labor befinden. Obwohl es bis zur kommerziellen Produktion noch ein weiter Weg ist, glauben wir, dass die schnelle Entwicklung mobiler elektronischer Produkte die Kosten für Batterien erhöhen wird, was sicherlich den Umbruch von Technologie und Geschäft beschleunigen wird.

Lithium-Schwefel-Batterie

Lithium-Schwefel-Batterie ist eine Lithiumbatterie mit Schwefel als positive Elektrode und metallischem Lithium als negative Elektrode. Seine theoretische Energiedichte beträgt etwa das Fünffache von Lithiumbatterien und befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium.

Derzeit sind Lithium-Schwefel-Batterien eine vielversprechende neue Generation von Lithiumbatterien, die in die Laborforschung und verschiedene Vorfinanzierungen eingetreten sind und gute kommerzielle Perspektiven haben.

Lithium-Schwefel-Batterien stehen jedoch auch vor einigen technischen Herausforderungen, insbesondere den chemischen Eigenschaften der negativen Elektrodendaten der Batterie und der Instabilität von Lithiummetall, die ein wichtiger Test für die Batteriesicherheit ist. Darüber hinaus stehen viele Aspekte wie Stabilität, Formel und Technologie vor unbekannten Herausforderungen.

Derzeit untersuchen in Großbritannien und den USA mehr als eine Organisation Lithium-Schwefel-Batterien, und einige Unternehmen haben angekündigt, solche Batterien noch in diesem Jahr auf den Markt zu bringen. In seinem Labor in Berkeley untersucht er außerdem Lithium-Schwefel-Batterien. In einer anspruchsvolleren Testumgebung wurden nach mehr als 3,000 Zyklen zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.

Lithium-Luft-Batterie

Lithium-Luft-Batterie ist eine Batterie, bei der Lithium die positive Elektrode und der Sauerstoff in der Luft die negative Elektrode ist. Die theoretische Energiedichte einer Lithiumanode beträgt fast das Zehnfache einer Lithiumbatterie, da das positive Elektrodenmetall Lithium sehr leicht ist und das aktive positive Elektrodenmaterial Sauerstoff in der natürlichen Umgebung existiert und nicht in der Batterie gespeichert wird.

Li-Air-Batterien stehen vor immer größeren technischen Herausforderungen. Neben der sicheren Konservierung von metallischem Lithium ist das durch die Oxidationsreaktion gebildete Lithiumoxid zu stabil und die Reaktion kann nur mit Hilfe eines Katalysators vervollständigt und reduziert werden. Außerdem wurde das Problem der Batteriezyklen nicht gelöst.

Im Vergleich zu Lithium-Schwefel-Batterien befindet sich die Forschung an Lithium-Luft-Batterien noch in einem frühen Stadium und kein Unternehmen hat sie in eine kommerzielle Entwicklung gebracht.

Magnesium-Akku

Magnesiumbatterie ist eine Primärbatterie mit Magnesium als negativer Elektrode und einem bestimmten Metall- oder Nichtmetalloxid als positiver Elektrode. Im Vergleich zu Lithium-Batterien haben Magnesium-Ionen-Batterien eine bessere Stabilität und eine längere Lebensdauer. Da Magnesium ein zweiwertiges Element ist, ist seine Qualität höher