Schwerpunkte

Neuartige Batteriechemie

Die Zink-Luft-Batterie wird stabiler

05. Januar 2021, 09:18 Uhr   |  Ute Häußler

Die Zink-Luft-Batterie wird stabiler
© Judith Kraft (WWU MEET)

Die Basis der innovativen Batteriechemie für die Zink-Luft-Batterie bildet ein nicht-alkalischer, wässriger Elektrolyt.

Die Zink-Luft-Batterie gilt als vielversprechender Energiespeicher, kämpft aber bisher mit einer hohen Instabilität. Mit einem nicht-alkalischen, wässrigen Elektrolyten haben Forscher aus Münster eine neuartige Batteriechemie entwickelt, die die bisherigen technischen Schwächen überwindet.

Leistungsstark, umweltfreundlich, sicher und gleichzeitig kostengünstig: Die Zink-Luft-Batterie gilt als attraktive Energiespeichertechnologie der Zukunft. Doch bisher kämpfte die konventionelle Zink-Luft-Batterie mit einer hohen chemischen Instabilität; parasitäre Reaktionen hervorgerufen durch den alkalischen Elektrolyten führten zu elektrochemisch irreversiblen Schäden. Mit einem innovativen, nicht-alkalischen, wässrigen Elektrolyten hat ein Forscherteam um den Wissenschaftler Dr. Wei Sun vom MEET Batterieforschungszentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster nun eine neuartige Batteriechemie für die Zink-Luft-Batterie entwickelt, die ihre bisherigen technischen Schwächen überwindet. Die detaillierten Ergebnisse des internationalen Forschungsprojekts, an dem außerdem Forschende der Fudan Universität in Shanghai, der Universität für Wissenschaft und Technik in Wuhan, der Universität Maryland sowie dem US Army Research Laboratory beteiligt waren, hat das Wissenschaftsteam in dem Fachmagazin »Science« veröffentlicht.

Entscheidende Parameter der Zink-Luft-Batterie optimiert
Der innovative, nicht-alkalische Elektrolyt bringt laut dem Forscherteam eine bisher unbekannte reversible Zink-Peroxid (ZnO2)/O2-Chemie für die Zink-Luft-Batterie mit sich. Im Vergleich zu den konventionellen, stark alkalischen Elektrolyten soll der auf dem Salz des Zink-Trifluormethansulfonats basierende wässrige Elektrolyt mehrere entscheidende Vorteile mitbringen: Durch eine höhere chemische Stabilität und elektrochemische Reversibilität wird die Zink-Anode effizienter genutzt. Dadurch können die Zink-Luft-Batterien 320 Zyklen und 1.600 Stunden in der Umgebung stabil betrieben werden.

Der Einfluss der ZnO2/O2-Batteriechemie und die Rolle des hydrophoben Trifluormethansulfonat-Anions haben die Forscherinnen und Forscher mithilfe elektrochemischer, analytischer Techniken und Multiskalensimulationen systematisch untersucht. Die dabei identifizierte erhöhte Energiedichte hat nun das Potenzial, mit der derzeit marktbeherrschenden Lithium-Ionen-Batterie zu konkurrieren. Aufgrund ihrer Vorteile wie Umweltfreundlichkeit, hoher Sicherheit und niedriger Kosten sehen die Forscher aus Mpnster in der die Zink-Luft-Batterie eine potenzielle alternative Batterietechnologie, die vor ihrer praktischen Anwendung jedoch noch weiterer, intensiver Forschung und Optimierung bedarf.

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