Ingenieure bannen Feuergefahr bei Batterien

Batterie-Entwickler Manthiram (Mitte) im Gespräch mit einer Studentin (Foto: utexas.edu)

Ähnlich wie in Lithium-Ionen-Batterien können sich auch in Natrium-Ionen-Akkus Dendriten entwickeln, nadelspitze Ablagerungen, die Kurzschlüsse mit Bränden und Explosionen hervorrufen. Bei Natrium-Ionen-Batterien haben Forscher an der University of Texas in Austin jetzt aber ein Mittel gefunden, um dieses Wachstum zu verhindern. Sie fügen dem flüssigen Elektrolyten Natriumnitrat zu, besser bekannt als Salpeter, dem Grundbaustein für Düngemittel.

Neue Batterie lädt sich in Minutenschnelle

Querschnitt der Anode einer Lithium-Metall-Batterie (Foto: seas.harvard.edu)

Eine Batterie, die sich minutenschnell auflädt und mehrfach grössere Mengen an elektrischer Energie speichert, haben Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) entwickelt. Die Lithium-Metall-Batterie übersteht 6.000 Lade- und Entladezyklen, hat also eine Lebensdauer, die die der heutigen Stromspeicher deutlich übertrifft.

Was für Materialien in der Batterie der Zukunft stecken

Eine Forschungsgruppe unter der Führung von Maksym Kovalenko entwickelt an der Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt; Teil der ETH) Materialien für die Akkus von morgen. Ob schnell aufladbare Elektroautos oder günstige Stromspeicher: Für jede Anwendung finden sie ein vielversprechendes Material oder ein neuartiges Herstellungsverfahren.

Günstige Kalium-Ionen-Batterie rückt näher

Blütenähnliche Gebilde für effektive Kalium-Ionen-Batterien (Illustration: en.xjtu.edu.cn)

Die Entwicklung der Kalium-Ionen-Batterie ist dank Forschern der Jiaotong Universität und ihrer neuartigen Elektrode ein ganzes Stück vorangekommen. Sie erhöht die Speicherung von Kalium-Ionen deutlich, heisst es. Damit ist ein Nachteil dieser Technik wettgemacht worden - die verglichen mit der Lithium-Ionen-Batterie bisher zu geringe Kapazität.

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.

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