Magnetisches Material könnte Lebensdauer von Batterien überwachen helfen

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Reaktionsschnelle Messung des Ladezustands

Eine neue Studie zeigt, wie mithilfe magnetischen Materials die verbleibende Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie zu überwachen, bevor sie wieder aufgeladen werden muss, schreibt Charlotte Hsu auf der Internetseite der University at Buffalo. „Wir glauben, dass dies ein neuer Weg ist, um eine genaue, schnelle und reaktionsschnelle Messung des Ladezustands zu ermöglichen,“ sagt Shenqiang Ren, Professor für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik und Chemie und Mitglied der Kernfakultät des UB RENEW-Instituts am 16.06.2022.

Batterien aktuell – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Beim Laden und Entladen von Lithium-Ionen-Batterien fließen Lithium-Ionen von einer Seite der Batterie zur anderen. Aus diesem Grund hat Rens Team eine Lithium-Ionen-Batterie gebaut, die an einem Ende ein spezielles Material verwendet: eine Verbindung, deren Magnetismus sich ändert, wenn Lithium-Ionen in sie eintreten oder sie verlassen. Dadurch ist es möglich, den Ladezustand der Batterie zu messen, indem man die Veränderungen im Magnetismus des Materials verfolgt, sagt Ren. Die Forschungsergebnisse wurden am 13. Juni in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

„Das Hauptziel dieses Projekts war die Arbeit an der Magneto-Ionik, die Ionen zur Steuerung des Magnetismus von Materialien verwendet. Wenn die Lithium-Ionen in das von uns verwendete Material eindringen oder es verlassen, ändert das Material seine Magnetisierung. Wir können den Magnetismus überwachen und dadurch indirekt auch die Lithium-Ionen – den Ladungszustand – überwachen. Wir glauben, dass dies ein neuer Weg ist, um eine genaue, schnelle und reaktionsschnelle Messung des Ladungszustands zu ermöglichen“, sagt Ren, Professor für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik und Chemie und Mitglied der Fakultät des UB RENEW Institute.

Zu den Autoren der Studie gehören neben Ren auch Yuguang C. Li, UB-Assistenzprofessor für Chemie, Fei Yao, UB-Assistenzprofessor für Materialdesign und Innovation, und Qimin Yan, Assistenzprofessor für Physik an der Temple University. Yong Hu, ein UB-Doktorand im Bereich Maschinenbau, war der Erstautor.

Das magneto-ionische Material des Teams besteht aus Vanadium, Chrom und Cyanid mit einem Aqua-Liganden. In der PNAS-Studie werden die Eigenschaften der Verbindung beschrieben, die sie ideal für den Einsatz in wiederaufladbaren Batterien machen, und die Techniken erläutert, die die Wissenschaftler zur Messung des sich ändernden Magnetismus des Materials in einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie verwendet haben.

Weitere Koautoren der Studie sind Weiyi Gong vom Fachbereich Physik der Temple University, Sichen Wei vom Fachbereich Materialdesign und Innovation der UB sowie Saurabh Khuje, Yulong Huang und Zheng Li vom Fachbereich Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der UB. An der UB arbeitete eine Gruppe aus der School of Engineering and Applied Sciences, dem College of Arts and Sciences und dem RENEW Institute an dem Projekt mit.

Die an der Studie beteiligten Forscher werden vom US-Energieministerium, dem U.S. Army Research Office und der New York State Energy Research and Development Authority unterstützt.

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