Verbesserungen bei Metall-Luft-Batterien für saubere Energie
Wie die künftige Erzeugung, Speicherung und Nutzung von Energie verändert werden kann, hängt vor allem von Batterien ab, insbesondere im Verkehrssektor, dem größten Verbraucher fossiler Brennstoffe. Allerdings ist die maximale Energiedichte bei Lithium-Ionen-(Li-Ionen-) Batterien bislang noch zu niedrig, da Elektrodenmaterialien mit chemischer Einlagerung verwendet werden. Eine mögliche Lösung für die Energiespeicherung sind Metall-Luft-Batterien mit spezifischer Energieleistung, die eine Größenordnung höher ist als bei herkömmlichen Li-Ionen-Batterien. Die Metall-Luft-Batterie besteht aus einer Anode aus reinem Metall und einer externen Kathode aus Umgebungsluft. Das EU-finanzierte Projekt LI-AIR CATHODES (Engineering and design of novel tailored Li-air battery cathodes) entwickelte neue Materialien für Kathoden und analysierte hierfür die Metall-Luft-Batterie mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie. Mit diesem Ansatz konnte ein quantitatives Modell der Beziehung zwischen Kathodenstrahlchemie, Morphologie und Zellleistung erstellt werden. Weiterhin untersuchten die Projektpartner die Chemie und Morphologie der Reaktionsprodukte, um Zellen mit möglichst langer Lebensdauer entwickeln zu können, und führten Vergleiche zwischen Natrium(Na)-Batterien und Li-Luft-Batterien durch. Ergebnis dessen war ein Modell, das für Entladungs- und Ladungsprozesse bei Li- und Na-Luft-Batterien validiert wurde. Für die Optimierung der Katalysatoren wurden chemische und morphologische Effekte auf die Ladungs-/Entladungsspannung wiederaufladbarer Li-Oxid-Batterien untersucht. Die Analysen ergaben bei Na-Luft-Batterien auch eine höhere Reversibilität und Lebensdauer als bei Li-Luft-Batterien. Mit mikroskopischen Techniken wurde die Bildung von Entladungsprodukten kontrolliert, um diese Technologie für die Prototypenentwicklung zu spezifizieren. LI-AIR CATHODES machte deutliche Fortschritte bei der Konstruktion von Na-Luft-Batterien für die Entwicklung eines Prototypen auf Graphenbasis (das leicht, billig und hochleitfähig ist). Dies wird auch der Grundlagenforschung zugutekommen, insbesondere der Chemie, Physik, Materialwissenschaft und Elektrochemie.
