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Forscher entwickeln nachhaltige Alternative zu Lithium-Batterien

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Forscher aus Schweden und Slowenien haben das Konzept für eine Aluminium-Batterie entwickelt, die die herkömmliche Lithium-Batterien ersetzen könnte.

STOCKHOLM / LJUBLJANA, 3. Oktober (WNM) – Forscher aus Schweden und Slowenien haben ein Konzept eine Aluminium-Batterie entwickelt, die die heutigen Lithium-Ionen-Batterien  ersetzen könnte. Die Verwendung von Aluminium wäre wesentlich billiger als das seltene Lithium. Außerdem versprechen die die Forscher die Möglichkeit, die Batterie als Speichermedium für Erneuerbare Energien einsetzen zu können.

Das neue Konzept für eine Aluminiumbatterie sieht die doppelte Energiedichte wie früheren Versionen vor. Die Batterie besteht aus reichlich vorhandenen Materialien und könnte zu geringeren Produktionskosten führen. Auch die Umweltbelastung wäre deutlich geringer, so die Forscher.

Die Idee hat Potenzial für industrielle Anwendungen, einschließlich der Speicherung von Solar- und Windenergie, wie die Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden und des National Institute of Chemistry in Slowenien bei der Präsentation des neuen Konzepts sagten.

Die Verwendung der Aluminiumbatterietechnologie könnte mehrere Vorteile bieten, einschließlich einer hohen theoretischen Energiedichte und der Tatsache, dass es bereits eine etablierte Industrie für deren Herstellung und Recycling gibt. 

„Die Materialkosten und Umweltauswirkungen, die wir von unserem neuen Konzept erwarten, sind viel geringer als heute und können daher in großem Maßstab genutzt werden, beispielsweise für Solarzellenparks oder die Speicherung von Windenergie“, sagt Patrik Johansson , Professor an der Fakultät für Physik in Chalmers.

„Außerdem hat unser neues Batteriekonzept die doppelte Energiedichte im Vergleich zu Aluminiumbatterien, die heute auf dem neuesten Stand der Technik sind.“

Frühere Entwürfe für Aluminiumbatterien verwendeten Aluminium als Anode (die negative Elektrode) – und Graphit als Kathode (die positive Elektrode). Graphit liefert jedoch einen zu geringen Energiegehalt, um Batteriezellen mit ausreichender Leistung zu erzeugen, um nützlich zu sein.

Bei dem neuen Konzept, das Patrik Johansson und Chalmers gemeinsam mit einer von Robert Dominko geleiteten Forschungsgruppe in Ljubljana vorstellten, wurde der Graphit jedoch durch eine organische, nanostrukturierte Kathode aus dem Kohlenstoffmolekül Anthrachinon ersetzt.

Die Anthrachinonkathode wurde ausgiebig von Jan Bitenc entwickelt, zuvor Gastforscher bei Chalmers aus der Gruppe am Nationalen Institut für Chemie in Slowenien.

Der Vorteil dieses organischen Moleküls im Kathodenmaterial besteht darin, dass es die Speicherung positiver Ladungsträger aus dem Elektrolyten ermöglicht, der Lösung, in der sich Ionen zwischen den Elektroden bewegen, was eine höhere Energiedichte in der Batterie ermöglicht.

„Da das neue Kathodenmaterial die Verwendung eines geeigneteren Ladungsträgers ermöglicht, können die Batterien das Potenzial von Aluminium besser nutzen. Jetzt setzen wir die Arbeit fort und suchen nach einem noch besseren Elektrolyten. Die aktuelle Version enthält Chlor – das wollen wir loswerden “, sagt Chalmers-Forscher Niklas Lindahl, der die internen Mechanismen der Energiespeicherung untersucht.

Bisher gibt es keine kommerziell erhältlichen Aluminiumbatterien, und selbst in der Forschungswelt sind sie relativ neu. Die Frage ist, ob Aluminiumbatterien eventuell Lithium-Ionen-Batterien ersetzen könnten.

„Natürlich hoffen wir, dass sie es können. Vor allem aber können sie sich ergänzen und gewährleisten, dass Lithium-Ionen-Batterien nur dort eingesetzt werden, wo dies unbedingt erforderlich ist. Bisher sind Aluminiumbatterien nur halb so energiedicht wie Lithium-Ionen-Batterien, aber unser langfristiges Ziel ist es, die gleiche Energiedichte zu erreichen. Es bleibt noch viel zu tun mit dem Elektrolyten und der Entwicklung besserer Ladungsmechanismen, aber Aluminium ist im Prinzip ein wesentlich besserer Ladungsträger als Lithium, da es mehrwertig ist – was bedeutet, dass jedes Ion mehrere Elektronen „kompensiert“. Darüber hinaus können die Batterien erheblich weniger umweltschädlich sein “, sagt Patrik Johansson.

Der ganze Artikel zu der Forschung:  ‘Concept and electrochemical mechanism of an Al metal anode ‒ organic cathode battery​’,