Durchbruch bei Aluminium-Ionen-Akkus: Diese Batterien halten ewig

Forscher:innen der Universität Peking gelang ein Durchbruch bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien. Ihre Akku-Prototyp verlor in einem Experiment über 10.000 Ladezyklen weniger als ein Prozent ihrer Kapazität.

Aluminium als Material für die Energiewende

Akkuspeicher sind ein Schlüsselelement der Energiewende. Denn wenn bei der Produktion vom Energie aus erneuerbaren Quellen ein Überschuss anfällt, muss dieser effektiv gespeichert werden können, um sie dann später bei Bedarf wieder freigeben zu können. Der aktuelle Stand der Technik erfüllt allerdings noch nicht die nötigen Voraussetzungen. Die derzeit gängigsten Energiespeicher sind Lithium-Ionen-Batterien. Diese sind allerdings recht teuer, weshalb sie nur schwer in großem Ausmaß skaliert werden können. Daher werden andere Batterien benötigt. Forscher:innen aus China gelang nun ein Durchbruch bei der Entwicklung von Aluminium-Ionen-Batterien.

Aluminium ist bereits länger als vielversprechende Komponente für Energiespeicher in der Diskussion. Allerdings war es bisher nicht möglich, reines Aluminium in einem Energiespeicher zu verwenden. Daher wurde als Elektrolyt meist flüssiges Aluminiumchlorid verwendet. Das Problem: Die Aluminiumanode korrodiert in solchen Batterien schnell und ist außerdem sehr empfindlich gegenüber Feuchtigkeit, weshalb die elektrische Leistung der Batterie schnell zurückging.

Durchbruch bei Aluminium-Ionen-Akkus

Dem Team unter der Leitung von Wei Wang gelang nun ein Durchbruch. Sie fügten einem Aluminiumionen-haltigen Elektrolyten ein inertes Aluminiumfluoridsalz hinzu und verwandelte es so in einen Festkörperelektrolyten, wie sie schreiben. Dabei verwendeten sie Fluorethylenkarbonat als Grenzflächenadditiv und erzeugten so eine dünne feste Beschichtung auf den Elektronen. Dies verhindert die Bildung von Aluminiumkristallen.

So wird sowohl das Korrosionsproblem gelöst als auch der Leistungsverlust über die Zeit minimiert. In einem Experiment konnten die Forscher:innen vielversprechende Ergebnisse erzielen.

„In Experimenten wurden die Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie die physikalische und thermische Stabilität der Batterie verbessert, sodass sie wiederholten Einstichen mit scharfen Gegenständen und Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius standhält. Die Festkörper-Al-Ionen-Batterie hatte zudem eine außergewöhnlich lange Lebensdauer: Sie überstand 10.000 Lade-/Entladezyklen und verlor dabei weniger als ein Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität„, schreiben die Forscher:innen. Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien bringen es auf etwa 1000 vollständige Ladezyklen, bevor sie merkbar an Kapazität verlieren.

Weitere Verbesserungen der Technologie sind nötig

Hinzu kommt, dass Aluminium im Vergleich zu Lithium deutlich günstiger sowie in großen Mengen verfügbar ist. Außerdem sind Lithium-Ionen-Akkus leicht entflammbar, während Lithium-Ionen-Akkus relativ stabil sind. Aluminium kann außerdem besonders gut recycelt werden. Dies dürfte noch mehr zur Kostensenkung beitragen sowie die Nachhaltigkeit der Batterien erhöhen.

Allerdings betonen auch die Forscher:innen, dass die Technologie noch weiter verbessert werden muss, bevor sie in kommerziellem Maßstab eingesetzt werden kann.

via American Chemistry Society