07.01.2021 • Energie

Stabilere Zink-Luft-Batterien

Neuer wässriger Elektrolyt überwindet bisherige Schwächen der Stromspeicher.

Leistungsstark, umweltfreundlich, sicher und gleichzeitig kostengünstig: Die Zink-Luft-Batterie gilt als attraktive Energiespeichertechnologie der Zukunft. Doch bisher kämpfte die konventionelle Zink-Luft-Batterie mit einer hohen chemischen Instabilität; parasitäre Reaktionen hervorgerufen durch den alkalischen Elektrolyten führten zu elektrochemisch irreversiblen Schäden. Mit einem innovativen, nicht-alkalischen, wässrigen Elektrolyten hat ein Forscherteam um den Wissenschaftler Wei Sun vom MEET Batterieforschungszentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster nun eine neuartige Batteriechemie für die Zink-Luft-Batterie entwickelt, die ihre bisherigen technischen Schwächen überwindet.

Abb.: Die Basis der innovativen Batteriechemie für die Zink-Luft-Batterie... — Abb.: Die Basis der innovativen Batteriechemie für die Zink-Luft-Batterie bildet ein nicht-alkalischer, wässriger Elektrolyt. (Bild: J. Kraft, MEET, WWU)

„Unser innovativer, nicht-alkalischer Elektrolyt bringt eine bisher unbekannte reversible Zink-Peroxid (ZnO₂)/O₂-Chemie für die Zink-Luft-Batterie mit sich“, erläutert Wei Sun. Im Vergleich zu den konventionellen, stark alkalischen Elektrolyten hat der auf dem Salz des Zink-Trifluormethansulfonats basierende wässrige Elektrolyt mehrere entscheidende Vorteile: Durch eine höhere chemische Stabilität und elektrochemische Reversibilität wird die Zink-Anode effizienter genutzt. Dadurch können die Zink-Luft-Batterien 320 Zyklen und 1.600 Stunden in der Umgebung stabil betrieben werden.

Der Einfluss der ZnO₂/O₂-Batteriechemie und die Rolle des hydrophoben Trifluormethansulfonat-Anions haben die Forscher mithilfe elektrochemischer, analytischer Techniken und Multiskalensimulationen systematisch untersucht. Die dabei identifizierte erhöhte Energiedichte hat nun das Potenzial, mit der derzeit marktbeherrschenden Lithium-Ionen-Batterie zu konkurrieren. „Aufgrund ihrer Vorteile wie Umweltfreundlichkeit, hoher Sicherheit und niedriger Kosten stellt die Zink-Luft-Batterie eine potenzielle alternative Batterietechnologie dar“, sagt Wei Sun. „Vor ihrer praktischen Anwendung bedarf diese Technologie jedoch noch weiterer, intensiver Forschung und Optimierung".

WWU Münster / JOL