Stromspeicher: Neuartige Zellchemie für Dual-Ionen-Batterie entwickelt

Eine hohe Lebensdauer, geringe Kosten sowie eine hohe Nachhaltigkeit – die Anforderungen an stationäre Energiespeicher, beispielsweise für Wind- oder Solarenergie, sind hoch. Ein vielversprechender Hoffnungsträger ist die noch junge Technologie der Dual-Ionen-Batterie. In einer Kooperation des Pacific Northwest National Laboratory mit Beteiligung des MEET Batterieforschungszentrums der WWU entwickelten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun eine neuartige Dual-Ionen-Batterie. Die Zellchemie aus Graphit und Zinkmetall mit einem eigens entwickelten wässrigen Elektrolyten ist laut Forschungsteam sicherer, nachhaltiger und kostengünstiger als bewährte Energiespeicher und zeigte eine vielversprechende elektrochemische Performanz. Zudem konnte das Forschungsteam grundlegende Mechanismen innerhalb der Dual-Ionen-Batterie aufklären.

Weg von Kobalt und Nickel, hin zu nachwachsenden Rohstoffen

Als mögliche alternative Speichertechnologie zur bewährten Lithium-Ionen-Batterie speziell bei stationären Energiespeichern rückt die Dual-Ionen-Batterie zunehmend in den Fokus der Forschung. Bei dieser Technologie kann im Gegensatz zur Lithium-Ionen-Technologie auf den Einsatz umweltschädlicher und teurer Metalle wie Nickel oder Kobalt verzichtet werden. Ein wesentlicher Unterschied besteht zudem im Lade- und Entlademechanismus. Anstelle nur einer Sorte von Ionen – der Lithium-Ionen – sind bei der Dual-Ionen-Batterie auch die Elektrolyt-Anionen an der Energiespeicherung beteiligt. Der Elektrolyt fungiert somit als Aktivmaterial, was für die Forscherinnen und Forscher weitere Optimierungsansätze bietet.

Dual-Ionen-Batterie-Prototyp zeigt Vorteile

Das Pacific Northwest National Laboratory und das MEET Batterieforschungszentrum weisen besondere Kompetenz in der Forschung an der Dual-Ionen-Technologie auf. Der von dem transatlantischen Forschungsteam entwickelte neuartige Labor-Prototyp einer Dual-Ionen-Batteriezelle zeigte mehrere Vorteile: „Die Zellchemie mit dem eigens entwickelten wässrigen Elektrolyten hat aufgrund der verwendeten Materialien Vorteile bezüglich der Kosten, Nachhaltigkeit und Sicherheit gegenüber Lithium-Ionen-Batterien“, erklärt Tobias Placke, Bereichsleiter Materialien am MEET Batterieforschungszentrum. So kann die Kathode des Energiespeichers aus graphitischen Kohlenstoffen bestehen, die man aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen kann. Des Weiteren können in der Elektrodenherstellung Wasser sowie biologische Binder, wie man sie zum Beispiel in Joghurt findet, eingesetzt werden. Auch die Zinkmetall-basierte Anode besitzt deutlich Vorteile hinsichtlich ihrer Materialverfügbarkeit.

Bislang kann die Energiedichte von Dual-Ionen-Batterien nicht mit der von Lithium-Ionen-Batterien mithalten. Das neuartige System zeigte eine vielversprechende elektrochemische Performanz, die die Forschenden in weiteren Arbeiten optimieren wollen.

6.11.2020 | Quelle: WWU | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH