Ein neues Konzept könnte umweltfreundlichere Batterien ermöglichen

Ein neues Konzept für eine Aluminiumbatterie hat die doppelte Energiedichte wie frühere Versionen, besteht aus zahlreichen Materialien und könnte zu geringeren Produktionskosten und Umweltbelastungen führen. Die Idee hat Potenzial für groß angelegte Anwendungen, einschließlich der Speicherung von Sonnen- und Windenergie. Hinter der Idee stehen Forscher der Chalmers University of Technology, Schweden, und des National Institute of Chemistry, Slowenien.

Der Einsatz der Aluminiumbatterietechnologie könnte mehrere Vorteile bieten, darunter eine hohe theoretische Energiedichte und die Tatsache, dass es bereits eine etablierte Industrie für deren Herstellung und Recycling gibt. Im Vergleich zu den heutigen Lithium-Ionen-Batterien'sind die Forscher' neues Konzept zu deutlich niedrigeren Produktionskosten führen könnte.

& quot;Die Materialkosten und Umweltauswirkungen, die wir uns von unserem neuen Konzept vorstellen, sind viel geringer als das, was wir heute sehen.&Zitat; sagt Patrik Johansson, Professor am Department of Physics in Chalmers.

& quot;Außerdem hat unser neues Batteriekonzept die doppelte Energiedichte im Vergleich zu den Aluminiumbatterien, die'Stand der Technik' heute.&Zitat;

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

Doch in dem neuen Konzept, das Patrik Johansson und Chalmers gemeinsam mit einer Forschungsgruppe in Ljubljana um Robert Dominko präsentierten, wurde der Graphit durch eine organische, nanostrukturierte Kathode aus dem kohlenstoffbasierten Molekül Anthrachinon ersetzt.

Die Anthrachinon-Kathode wurde umfassend von Jan Bitenc entwickelt, der zuvor Gastwissenschaftler bei Chalmers aus der Gruppe des Nationalen Chemieinstituts in Slowenien war.

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, die eine höhere Energiedichte in der Batterie ermöglichen.

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

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

& quot;Natürlich hoffen wir, dass sie es können. Vor allem aber können sie sich ergänzen und dafür sorgen, dass Lithium-Ionen-Batterien nur dort eingesetzt werden, wo es unbedingt erforderlich ist. Bisher haben Aluminiumbatterien nur eine halb so hohe Energiedichte wie Lithium-Ionen-Batterien, aber unser langfristiges Ziel ist es, die gleiche Energiedichte zu erreichen. Es bleibt noch Arbeit am Elektrolyten und an der Entwicklung besserer Lademechanismen, aber Aluminium ist prinzipiell ein deutlich besserer Ladungsträger als Lithium, da es multivalent ist -- also jedes Ion'kompensiert' für mehrere Elektronen. Außerdem haben die Batterien das Potenzial, deutlich weniger umweltschädlich zu sein," sagt Patrik Johansson.