Fortschritte in jener alternativen Batterietechnologie

Die Welt braucht billige und leistungsstarke Batterien, die nachhaltig erzeugten Strom aus Wind oder Sonnenlicht speichern können, damit wir ihn jederzeit nutzen können, beiläufig wenn es im Freien dunkel ist oder kein Wind weht. Die gängigsten Batterien, die unsrige Smartphones und Elektroautos hetzen, sind Lithium-Ionen-Batterien. Sie sind ziemlich teuer, weil die weltweite Nachfrage nachher Lithium stark ansteigt und solche Batterien außerdem leichtgewichtig entzündlich sind.

Wasserbasierte Zinkbatterien offenstehen eine vielversprechende Zusätzliche zu diesen Lithium-Ionen-Batterien. Ein internationales Forscherteam unter Pipeline jener ETH Zürich hat nun eine Strategie entwickelt, die die Erschaffung solcher Zinkbatterien entscheidend voranbringt und sie leistungsfähiger, sicherer und umweltfreundlicher macht.

Haltbarkeit ist eine Herausforderung
Zinkbatterien nach sich ziehen eine Schlange von Vorteilen: Zn ist reichlich vorhanden, recht und verfügt reichlich eine ausgereifte Wiedergewinnung-Unterbau. Außerdem können Zinkbatterien viel Strom speichern. Am wichtigsten ist, dass Zinkbatterien nicht unbedingt die Verwendung leichtgewichtig entzündlicher organischer Solvens qua Elektrolytflüssigkeit erfordern, da sie stattdessen beiläufig mit Elektrolyten gen Wasserbasis hergestellt werden können.

Wenn da nur nicht Herausforderungen wären, denen sich Ingenieure im Rahmen jener Erschaffung dieser Batterien stellen sollen: Beim Laden von Zinkbatterien mit hoher Tonus reagiert dasjenige Wasser in jener Elektrolytflüssigkeit an einer jener Elektroden zu Wasserstoffgas. Hiermit geht die Elektrolytflüssigkeit zur Neige und die Batterieleistung lässt nachher. Außerdem baut sich durch solche Reaktion in jener Batterie ein gefährlicher Überdruck gen. Ein weiteres Problem ist die Eröffnung von stacheligen Zinkablagerungen während des Ladens jener Batterie, sogenannte Dendriten, die die Batterie penetrieren und im schlimmsten Kasus sogar vereinigen Kurzschluss verursachen und die Batterie unbrauchbar zeugen können.

Salze zeugen Batterien giftig
In den letzten Jahren nach sich ziehen Ingenieure die Strategie verfolgt, den wässrigen Flüssigelektrolyten mit Salzen anzureichern, um den Wassergehalt so winzig wie möglich zu halten. Dies hat ungeachtet beiläufig Nachteile: Es macht die Elektrolytflüssigkeit zähflüssig, welches die Lade- und Entladevorgänge erheblich verlangsamt. Außerdem enthalten viele jener verwendeten Salze Fluor, welches sie giftig und umweltschädlich macht.

Maria Lukatskaya, Professorin zu Händen Elektrochemische Energiesysteme an jener ETH Zürich, hat sich nun mit Kollegen von mehreren Forschungseinrichtungen in den USA und jener Schweiz zusammengetan, um wissenschaftlich nachher jener idealen Salzkonzentration zu Händen wasserbasierte Zn-Ionen-Batterien zu suchen. Mit computersimulationsgestützter Experimente konnten die Forscher zeigen, dass die ideale Salzkonzentration nicht, wie bisher erfunden, die höchstmögliche, sondern eine relativ niedrige ist: fünf solange bis zehn Wassermoleküle pro positivem Ion des Salzes.

Langanhaltende Leistung und schnelles Aufladen
Außerdem nach sich ziehen die Forscher zu Händen ihre Verbesserungen keine umweltschädlichen Salze verwendet, sondern umweltfreundliche Salze jener Ethansäure, sogenannte Acetate. „Mit einer idealen Konzentration an Acetaten konnten wir den Elektrolytmangel minimieren und Zinkdendriten genauso gut vorbeugen wie andere Wissenschaftler zuvor mit hohen Konzentrationen toxischer Salze“, sagt Dario Gomez Vazquez, Promotionsstudent in Lukatskayas Menschenschar und Erstautor von die Studium. „Außerdem können die Batterien mit unserem Prozedere viel schneller geladen und freisprechen werden.“

Bisher nach sich ziehen die ETH-Forschenden ihre neue Batteriestrategie im relativ kleinen Labormassstab getestet. Jener nächste Schritttempo wird sein, den Prozedere zu skalieren und zu prüfen, ob er beiläufig zu Händen große Batterien übersetzt werden kann. Im Idealfall könnten solche eines Tages z. B. qua Speicher im Stromnetz zum Bezahlung von Schwankungen oder im Stack von Einfamilienhäusern eingesetzt werden, um den untertags produzierten Solarstrom am Abend nutzen zu können.

Solange bis zur Produktreife von Zinkbatterien sind noch manche Herausforderungen zu meistern, wie ETH-Professorin Lukatskaya erklärt: Batterien vorliegen aus zwei Elektroden – jener Pluspol und jener Minuspol – und jener Elektrolytflüssigkeit mittendrin. „Wir nach sich ziehen gezeigt, dass durch die Wahl jener Elektrolytzusammensetzung ein effizientes Laden von Zinkanoden ermöglicht werden kann“, sagt sie. „In Zukunft sollen jedoch beiläufig die Hochleistungskathodenmaterialien optimiert werden, um langlebige und effiziente Zinkbatterien zu realisieren.“

Forschungsbericht: Schaffung einer Wasser-in-Salz-ähnlichen Umgebung unter Verwendung koordinierender Anionen in nicht konzentrierten wässrigen Elektrolyten zu Händen effiziente Zn-Batterien

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ETH Zürich

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