Mit Robotern die Batterieforschung beschleunigen

Empa-Forscher Enea Svaluto-Ferro arbeitet gemeinsam mit dem Batterieroboter «Aurora». Die Entwicklungszeit von neuen Stromspeichern soll so künftig stark verkürzt werden (Bild: Empa)

Empa-Forscher wollen die Entwicklung dringend benötigter neuer Energiespeicher mit Hilfe des Batterieroboters "Aurora" beschleunigen. Das Projekt gehört zur europäischen Forschungsinitiative Battery2030+, die unlängst von der EU mit über 150 Millionen Euro gefördert wurde. Zudem ist das Projekt Teil der "Open Research Data"-Initiative des ETH-Rats, die die Digitalisierung und den freien Zugang zu Forschungsdaten vorantreibt.

Lithiumgewinnung bald ohne Umweltschäden

Expertin Meiqi Yang mit Natrium- und Siliziumsalz (Foto: engineering.princeton.edu, Bumper DeJesus)

Forscher der Princeton University haben ein umweltverträglicheres und zugleich zügigeres Verfahren zur Gewinnung von Lithium für Batterien entwickelt. Das System soll die Produktion in bestehenden Lithiumanlagen verbessern und Quellen erschliessen, die bisher als zu klein oder verwässert angesehen wurden, um sich zu lohnen. Heute werden dutzende Quadratkilometer verwüstet, weil die lithiumhaltigen Flüssigkeiten in Soleseen mit solarer Wärme langwierig aufkonzentriert werden müssen.

Batterie der Zukunft wird auf Hornhaut geklebt

Prototyp der innovativen Batterie für die Kontaktlinse der Zukunft (Foto: ntu.edu.sg)

Forscher der Nanyang Technological University Singapore um Lee Seok Woo haben eine ultradünne Batterie entwickelt, die sich in Kontaktlinsen der Zukunft integrieren lässt und diese kabellos mit Strom versorgt. Intelligente Kontaktlinsen sollen klobige Datenbrillen eines Tages ablösen. Denn die Infos, die bislang auf dem Displays in den Brillen erscheinen, werden dann direkt in die Kontaktlinsen eingespielt. Sie könnte als Entfernungsmesser genutzt und mit einem Zoom ausgestattet werden, das Sehfehler korrigiert.

Neue Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien

Prinzipskizze der neuen Kalzium-Kupfersulfid-Batterie (Illustration: Kazuaki Kisu, tohoku.ac.jp)

Eine neue Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie haben Forscher der Universität Tohoku entwickelt. Die Anode besteht aus metallischem Kalzium (Ca), die Kathode wiederum aus Kupfersulfid, das mit Nanopartikeln aus Kohlenstoff dotiert ist. Der Elektrolyt, der sich zwischen den Elektroden befindet, ist ein Hydrid, also ein Molekül, das Wasserstoff enthält. Der Prototyp hat 500 Lade- und Entladezyklen schadlos überstanden. Am Ende des Tests lag die Kapazität noch bei 92 Prozent.

Fortschritte bei alternativer Batterietechnik

Zink-​Batterien gelten als vielversprechende Alternativen zu Lithium-​Ionen-Batterien. (Grafik: ETH Zürich / Xin Zou)

Lithium-​Ionen-Batterien, die Smartphones und Elektroautos betreiben, sind recht teuer, denn es gibt einen weltweiten Run auf den Rohstoff Lithium. Ausserdem sind diese Batterien leicht entflammbar. Eine vielversprechende Alternative zu Lithium-​Ionen-Batterien sind wasserbasierte Zink-​Batterien. Ein internationales Team von Forschenden unter Leitung der ETH Zürich hat nun eine Strategie erarbeitet, welche die Entwicklung von solchen Zink-​Batterien entschieden weiterbringt, sie leistungsfähiger, sicherer und umweltfreundlicher macht.

Lignin als neues Anodenmaterial könnte Lithium-Ionen-Batterie-Herstellung umkrempeln

Lignodepulver, daraus hegestellte Anodenfolie und fertige Batterien (Foto: storaenso.com/en)

Platz für Graphit, das in Lithium-Ionen-Batterien als Elektrodenmaterial verwendet wird, lässt sich aus Abfällen der Zellstoffindustrie herstellen. Das Verfahren hat der finnische Papierhersteller Stora Enso entwickelt. Damit könnte sich Europas Industrie von der grossen Abhängigkeit von China befreien. Von dort kommen aktuell 70 Prozent des weltweiten Bedarfs an dem Rohstoff, der weitgehend bergmännisch gewonnen wird.

Natrium-Metall-Batterien vor dem Durchbruch

Algen: Naturmaterial soll den Weg zu besseren Batterien ebnen (Foto: Ronile, pixabay.com)

Forscher der University of Bristol machen Natrium-Metall-Batterien stabiler, indem sie Dendriten-Bildung an der Anode verhindern. Konkret halten sie die Dendriten mit einem Separator aus Nanomaterialen in Schach, die sie aus Makroalgen gewinnen, die wiederum aus Zellulose bestehen. Dieser wird mit einem Verfahren namens Elektrospinnen hergestellt, das für eine präzise parallele Ausrichtung der Fasern sorgt. Der so hergestellte Separator stoppt nicht nur das Wachstum der Dendriten, sondern verbessert auch noch die elektrischen Eigenschaften.

Lithium-Schwefel-Batterien in greifbarer Nähe

Pyrit oder Katzengold: Das ist eine Quelle für Schwefel (Foto: Stefan Schweihofer, pixabay.com)

Forscher um Jong-Sung Yu vom Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) sind leistungsfähigen und vor allem stabil funkltionierenden Lithium-Schwefel-Batterien einen Schritt näher gekommen. Sie haben das Reagieren von Polysulfid - einer Schwefelverbindung, die sich beim Laden und Entladen der Batterie bildet - mit Lithium, das die Kathode schnell aufzehrt, verhindert.

Empa entwickelt Papierbatterie mit Wasserschalter

Papierbatterie besteht aus zwei in Reihe geschalteten elektrochemischen Zellen (Foto: empa.ch)

Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben eine durch Wasser aktivierbare Einwegbatterie aus Papier entwickelt. Damit liesse sich eine breite Palette von kleinen Einweg-Elektronikgeräten mit geringem Stromverbrauch betreiben, etwa intelligente Etiketten zum Tracking von Objekten, Umweltsensoren oder medizinische Diagnosegeräte.

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