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Jun 03, 2023

Die US-Armee ist plötzlich besessen von einem neuen Energiespeichersystem

Die US-Armee zeigt großes Interesse an neuen Flüssiggaselektrolyten für Hochgeschwindigkeitsanwendungen

Die US-Armee zeigt großes Interesse an neuen Flüssiggaselektrolyten für leistungsstarke, nicht brennbare Energiespeichersysteme, die dem Druck im Feld standhalten.

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Der gerüstete Soldat der US-Armee des 21. Jahrhunderts packt bei einem typischen Einsatz etwa 25 Pfund Batterien ein, daher ist es keine Überraschung, dass die Armee ständig besessen davon ist, ihre Energiespeicherressourcen zu verbessern. In der neuesten Wendung gibt die Armee Lithium-Ionen-Batterien eine weitere Chance, diesmal jedoch mit einem neuen Flüssiggas-Elektrolyten.

Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien verwenden einen flüssigen Elektrolyten, in dem ein Lithiumsalz durch ein Lösungsmittel gelöst ist. Normalerweise ist es eine sorgenfreie Umgebung, trotz der Anwesenheit des Lösungsmittels. Allerdings kann ein defekter oder beschädigter Akku zu einer Brandgefahr werden.

Lithium-Ionen-Batterien sind im modernen Leben allgegenwärtig, und die Pannengefahr ist für die meisten Menschen in den meisten Situationen kein Problem. Es stellt jedoch eine besondere Gefahr für Soldaten und ihre Ausrüstung dar, zusammen mit Quetschungen und anderen potenziellen Stößen, die bei Feldeinsätzen auftreten können, was erklärt, warum die Armee daran interessiert ist, die nächste Generation besserer und sichererer Lithium-Ionen-Batterien zu finden.

Das US-Verteidigungsministerium hat vor einigen Jahren einen großen Schritt in die Zukunft der Lithium-Ionen-Energiespeicherung gemacht, als es das Illinois-Startup NanoGraf bei der Entwicklung einer neuen Siliziumanodenformel unterstützte, die darauf abzielt, das Gewicht zu reduzieren und die Leistung zu verbessern von Lithium-Ionen-Batterien.

Dann erhielt NanoGraf von der Armee einen Zuschuss in Höhe von 10 Millionen US-Dollar, um NanoGraf dabei zu helfen, in Chicago eine Fabrik für seine Siliziumformel in Betrieb zu nehmen. Jetzt stellt die Armee weitere 550.000 US-Dollar zur Verfügung, um die 3,8 Ah 18650-Siliziumanodenbatteriezelle von NanoGraf mit einem Flüssiggaselektrolyten zu verbinden, der von der kalifornischen Firma South 8 Technologies entwickelt wurde.

Das sechsmonatige Projekt wird die neue Batterie in einer Reihe von Temperatur- und Nagelpenetrationstests auf Herz und Nieren prüfen.

„Durch den erfolgreichen Abschluss der Tests wird die Leistung der Zelle bei extremen Kältetemperaturen validiert und die vorhandene Kapazität und Lebensdauer aufrechterhalten, so dass die Zelle bei Temperaturen von bis zu -60 Grad und bis zu +60 Grad Celsius betrieben werden kann und den Sicherheitstest besteht“, erklärt NanoGraf .

Das Energiespeicherprojekt der Armee folgt auf eine Vergabe von 3,152 Millionen US-Dollar an South 8 von ARPA-E, der hochmodernen Finanzierungsstelle des Energieministeriums, als Teil eines umfassenderen Programms, um die Batterieleistung für Elektrofahrzeuge voranzutreiben. „Der LiGas-Elektrolyt verwendet ungiftige und nicht korrosive Gase, die unter moderaten Drücken verflüssigt werden und in standardmäßigen zylindrischen Zelldosen enthalten sein können“, erklärt ARPA-E.

„Die Technologie hat in herkömmlichen Graphit-/Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Zellen eine hervorragende Leistung gezeigt und bietet viele Möglichkeiten zur Kostensenkung“, fügt ARPE-E hinzu.

ARPA-E hat die Auszeichnung im Januar verliehen, und South 8 soll in den nächsten drei Jahren mit einem hochrangigen EV-Stakeholder zusammenarbeiten, um Flüssiggasenergie in den Mainstream zu bringen.

Anscheinend wartet die Armee nicht darauf, dass das Gras wächst, und das aus gutem Grund. Wenn alles nach Plan verläuft, wird der NanoGraf-South 8-Mashup zu einer deutlichen Verbesserung der Leistung und der Sicherheit der Soldaten bei Einsätzen führen.

„Der Flüssiggaselektrolyt verbessert die Sicherheit, erhöht die Energiedichte, erreicht Allwetterleistung, ermöglicht Schnellladefähigkeit und senkt die Kosten, während er gleichzeitig mit bestehenden Lithium-Ionen-Zellenproduktions- oder Gigafactory-Fertigungsprozessen und Lieferketten kompatibel ist“, schwärmt South 8. „LiGas® macht Lithium-Ionen-Batterien sicherer, indem es das Risiko eines thermischen Durchgehens beseitigt, da das harmlose Flüssiggas sicher entlüftet werden kann.“

Flüssiggas-Elektrolyte sind neu auf dem CleanTechnica-Radar, wir haben also Nachholbedarf.

Eine wichtige Entwicklung auf diesem Gebiet entstand 2017 im Labor von Shirley Meng an der University of California-San Diego Jacobs School of Engineering. Meng, der auch als offizieller Berater von South 8 fungiert, gilt als leitender Autor einer Studie über Flüssiggaselektrolyte, die am 15. Juni 2017 in der Zeitschrift Science unter dem Titel „Flüssiggaselektrolyte für elektrochemische Energiespeichergeräte“ veröffentlicht wurde. "

Die Autoren erklären, dass Anode und Kathode in Energiespeichern getrennt sind, um Kurzschlüsse zu verhindern, und das gilt sowohl für flüssige als auch für feste Elektrolyte. Aufbauend auf früheren Arbeiten zeigen sie, dass eine ähnliche Trennung bei fluorierten Kohlenwasserstoffgasen erfolgen kann, die unter Druck verflüssigt werden. „Obwohl eine Reihe potenzieller Lösungsmittel untersucht wurden, konzentriert sich die vorliegende Studie auf die Verwendung von Fluorkohlenwasserstoffen, die ungiftig sind und relativ starke chemische Bindungen aufweisen, was ein breites elektrochemisches Fenster ermöglicht“, stellen sie fest.

„Die Elektrolyte zeigen sowohl in Batterien als auch in Kondensatoren eine hervorragende Stabilität, insbesondere bei niedrigen Temperaturen“, schließen sie.

Letzten Sommer veröffentlichte ein Team des Meng-Labors eine neue Studie in der Zeitschrift Nature Energy, in der es „einen Weg zu nachhaltigen, temperaturbeständigen Lithium-Metall-Batterien mit feuerlöschenden Eigenschaften, die den neuesten Stand der Technik aufrechterhalten,“ skizzierte. Kunst elektrochemische Leistung.“

Alle Details erhalten Sie bei Nature Energy unter dem Titel „Feuerlöschende, recycelbare Flüssiggas-Elektrolyte für temperaturbeständige Lithium-Metall-Batterien“. Der Blog der Jacobs School bietet auch einige interessante Hintergrundinformationen darüber, wie die neue Studie zustande kam, und zwar aus einer Diskussion zwischen der Doktorandin Yijie Yin und einem anderen Doktoranden, Yangyuchen Yang, die gemeinsam als Erstautor der Studie gelten.

Im Mittelpunkt der Diskussion stand ein gravierender Mangel im Elektrolyt, der aus den Arbeiten von 2017 resultierte. „…der LGE-Elektrolyt ist noch nicht ‚perfekt‘, da der Sättigungsdampfdruck der verwendeten Moleküle hoch ist und er wie die meisten Elektrolyte immer noch brennbar ist, was die Sicherheit und den Umweltschutz des Systems irrational macht“, heißt es im Jacobs-Blog Poster erklärt.

Auf der Suche nach einer nicht brennbaren Lösung entschieden sich die Forscher für zwei Gasmoleküle, die die Hauptbestandteile einiger Arten von Feuerlöschern sind: 1,1,1,2-Tetrafluorethan und Pentafluorethan. ‍

Unterdessen sind neue tragbare Batterien nur ein Aspekt der Suche der Armee nach den Energiespeicherlösungen der Zukunft. Die Armee investiert außerdem in neue Formen groß angelegter, langlebiger Energiespeichersysteme, um die Energiesicherheit in ihren Einrichtungen zu gewährleisten. Dazu gehören auch Flow-Batterien.

Elektrofahrzeuge und Elektrofahrzeugbatterien sind ein weiterer Schwerpunkt der Aufmerksamkeit der US-Armee und des Verteidigungsministeriums. Sie werfen ein weites Netz aus, darunter alte Autohersteller mit Elektro-Ambitionen wie GM sowie Start-ups.

Unter den Kandidaten sind Canoo, Hersteller einer seltsam aussehenden, rautenförmigen, aber vielseitigen elektrischen Plattform, und Lucid Motors, das sich Berichten zufolge einer Initiative des Verteidigungsministeriums angeschlossen hat, die darauf abzielt, eine standardmäßige, austauschbare Plattform für Elektrofahrzeugbatterien zu etablieren.

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Foto (beschnitten): Die US-Armee sucht nach verbesserten tragbaren Energiespeichersystemen, um elektronische Geräte für Soldaten auf Missionen mit Strom zu versorgen (mit freundlicher Genehmigung der US-Armee).

Tina ist spezialisiert auf militärische und unternehmerische Nachhaltigkeit, Spitzentechnologie, neue Materialien, Biokraftstoffe sowie Wasser- und Abwasserfragen. Die geäußerten Ansichten sind ihre eigenen. Folgen Sie ihr auf Twitter @TinaMCasey und Spoutible.

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