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Neue 'Ultra-Batterie' so energiedicht wie Sprengstoff
Die Energiedichte von Batterien ist als Enabler neuer Technologien von enormer Bedeutung. Das Gerangel um immer leistungsstärkere Batterien hat inzwischen sogar einige Hersteller zum Nachdenken veranlasst Handys mit Strom versorgen mit energiedichten Kohlenwasserstoffen wie Propan.
Aus diesem Grund werden die Behauptungen für eine extrem frühe Ultrabatterie vor kurzem angekündigt im Tagebuch Naturchemie sind so bemerkenswert.
Wenn man darüber nachdenkt, ist [dies] die kondensierteste Form der Energiespeicherung außerhalb der Kernenergie, sagte Erfinder Choong-Shik Yoo von der Washington State University. Yoos Ultra-Batterie besteht aus Xenondifluorid (XeF2), einem weißen Kristall zum Ätzen von Siliziumleitern, der in einem Diamantschraubstock zu einem ultradichten Zustand komprimiert wird, der einen Druck von mehr als zwei Millionen Atmosphären ausübt.
Wird dieser Druck auf XeF2 ausgeübt, metallisiert die Substanz und drückt alle ihre Atome näher zusammen, in einen neuen stabilen Zustand.
Diese Abbildung zeigt, wie der Kristall seine Farbe ändert, wenn er seinen Zustand ändert, von einem relativ weichen transparenten Kristall zu einer rötlichen zweidimensionalen graphitartigen hexagonalen Schichtstruktur und dann, über 70 Gigapascal Druck, zu einem schwarzen dreidimensionalen Fluorit-ähnlichen Struktur, die ein Metall ist.
Im ultradichten Zustand wird die auf das metallisierte XeF2 übertragene mechanische Energie nun als eine Art chemische Energie in der Substanz selbst gespeichert. Um es freizusetzen, bedarf es lediglich einer Störung eines einzelnen Atoms im Kristall, die dazu führt, dass sich die gesamte metallisierte Substanz spontan entpackt, sagt Yoo.
Die Reaktion wäre im wahrsten Sinne des Wortes explosiv. Im Handumdrehen würde der XeF2 seine gespeicherte Energie mit fast 100 % Effizienz in Wärmeenergie umwandeln. Das XeF2 speichert ungefähr 1 Kilojoule Energie pro Gramm oder ungefähr 10 % der Energie, die in einem Raketentreibstoff aus flüssigen H2- und O2-Mischungen gespeichert ist, oder ungefähr 20 % der [Energie, die in] einem der stärksten Sprengstoffe, HMX, gespeichert ist. sagt Yoo. Als potenzielles Energiespeichermedium betrachtet, qualifiziere sich diese Entdeckung als eine neue Klasse energetischer Moleküle oder fester Brennstoffe, fügt er hinzu.
Bis wir herausfinden, wie man raketenbetriebene Unterhaltungselektronik baut, besteht der Trick, um XeF2 in ein praktikables Mittel zur Speicherung und Freisetzung von Energie zu verwandeln, darin, herauszufinden, welche Art von Verunreinigungen hinzugefügt werden müssen, um es metastabil zu machen, genau wie alle brennbaren fossilen Brennstoffe, die wir umgeben sind, was wir Kunststoffe nennen.
Wenn man an alle Materialien denkt, die wir kennen, sind 95% oder mehr in einem metastabilen Zustand, sagt Yoo.
Metastabilität ist ein grundlegendes Problem in der Materialforschung und ist vielen anderen Substanzen gemein, die metallisieren und nach extremer Komprimierung exotische Eigenschaften annehmen, darunter CO2, N2, O2 usw. Wenn Yoo und seine Kollegen dieses Problem gemeinsam lösen können Substanzen, die bei hohem Druck eine neue molekulare Konfiguration annehmen können, haben sie eine völlig neue Möglichkeit der Energiespeicherung geschaffen.
Dieses Ziel ist jedoch noch weit entfernt – bisher wurde Yoos Entdeckung nur im Labor synthetisiert, in so winzigen Mengen, dass sie beim Entpacken keine Gefahr darstellt.
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