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Forscher suchen neue Materialien für nachhaltige Billigbatterien

© ETH Zürich© ETH ZürichZürich - Die in der Elektromobilität eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien haben den Vorteil, dass sie recht leicht sind. Allerdings ist Lithium schwierig zu gewinnen und relativ teuer. Schweizer Forscher haben andere Materialien im Sinn.

Für die Energiewende braucht es Technologien, um Strom aus erneuerbaren Energiequellen kostengünstig zwischenzuspeichern. Alternativen zu Lithium-Batterien sind Elemente wie Aluminium, Magnesium und Natrium, die in der Natur in großen Mengen vorkommen. Schweizer Forscher sind auf dem Weg zur Einsatzfähigkeit von Aluminium-Batterien einen Schritt weiter.

Schweizer Forscher finden zwei neue Materialien für billigere Batterien
An der Erforschung und Entwicklung solcher Batterien sind auch Wissenschaftler von der ETH Zürich und der Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) um Maksym Kovalenko, Professor für anorganische Funktionsmaterialien, beteiligt. Diese Forscher haben nun zwei neue Materialien gefunden, welche die Entwicklung von Aluminiumbatterien entscheidend weiterbringen könnten, teilte die ETH mit. Es handelt sich dabei einerseits um ein korrosionsbeständiges Material für die leitenden Teile der Batterie, andererseits um ein neuartiges Material für ihren Pluspol, das an vielfältige technische Anforderungen angepasst werden kann.

Forscher stellen Aluminium-Knopfbatterien mit Titannitrid-Beschichtung her
Elektrolytflüssigkeit von Aluminiumbatterien sind äusserst aggressiv. Auf der Suche nach korrosionsbeständigen Materialien für die leitenden Teile von Batterien sind ETH-Professor Kovalenko und seine Kollegen in Titannitrid fündig geworden, einem keramischen Material mit ausreichend hoher Leitfähigkeit. Im Labor wurde eine Knopfzelle hergestellt, bei der das Batteriegehäuse aus Edelstahl ist, das jedoch innen mit Titannitrid beschichtet ist, um es korrosionsbeständig zu machen. "Die möglichen Anwendungen von Titannitrid bleiben dabei nicht auf Aluminiumbatterien beschränkt. Das Material könnte auch in anderen Batteriearten eingesetzt werden, zum Beispiel in solchen, die auf Magnesium oder Natrium basieren oder in Hochspannungs-Lithiumionenbatterien", sagt Kovalenko.

Polypyren als Alternative zu Graphit
Das zweite neue Material verwendeten die Forscher für die positive Elektrode (Pluspol) von Aluminiumbatterien. Während die negative Elektrode (Minuspol) bei solchen Batterien aus Aluminium ist, besteht die positive Elektrode in der Regel aus Graphit. Kovalenko und seine Mitarbeiter haben mit Polypyren eine Alternative gefunden. In einer Batterie kann mit dem Kohlenwasserstoff ähnlich viel Energie gespeichert werden wie mit Graphit. Der entscheidende Vorteil ist der, dass Wissenschaftler die Eigenschaften von Polypyren beeinflussen können, beispielsweise die Porosität. Das bietet die Möglichkeit, das Material optimal an die jeweiligen Anwendungen anzupassen. "Das bisher verwendete Graphit hingegen ist ein Mineral. Es lässt sich ingenieurtechnisch nicht verändern", so Kovalenko. Sowohl Titannitrid als auch Polypyren sind biegsame Materialien und daher laut den Forschern für die Verwendung in sogenannten Pouch-Zellen (von einer flexiblen Folie umschlossenen Batterien) geeignet.

© IWR, 2018


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03.05.2018