Neuer leistungsfähiger Batterietyp aus Apfelresten und Schichtoxiden entwickelt

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Apfelreste (Foto: ©Heinz Ober / http://www.pixelio.de)

Ulm / Karlsruhe – Ein kohlenstoffbasiertes Aktivmaterial, das aus Apfelresten gewonnen wird, und ein aus verschiedenen Schichtoxiden bestehendes Material können die Grundstoffe für zukünftige Energiespeicher sein. Ein Forscherteam des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) hat einen neuen Batterietyp entwickelt, dessen Bestandteile exzellente elektrochemische Eigenschaften zeigen und für umweltfreundliche und nachhaltige Nutzung von Ressourcen stehen.

Natrium-Ionen-Batterien sind nicht nur deutlich leistungsstärker als Systeme wie Nickel-Metallhydrid- oder Bleisäure-Akkumulatoren, sondern repräsentieren auch eine kostengünstigere Alternative zur Lithium-Ionen Technologie. Daher sind sie äußerst vielversprechend für stationäre Energiespeicher, die eine zentrale Rolle in der Energiewende einnehmen und zudem einen äußerst attraktiven Markt in der Zukunft darstellen. Aktivmaterialien in solchen Energiespeichern sollten folglich nicht nur leistungsstark, sondern vor allen Dingen auch kostengünstig sein und aus Elementen bestehen, welche weit verbreitet und einfach zugänglich sind.

In der Entwicklung von Aktivmaterialien für Natrium-basierte Energiespeichersysteme ist dem Team um Forschungsgruppenleiter Professor Dr. Stefano Passerini und Dr. Daniel Buchholz am Ulmer Helmholtz-Institut nun ein bedeutender Schritt gelungen. Für die negative Elektrode wurde ein kohlenstoffbasiertes Material entwickelt, das aus Apfelabfällen gewonnen werden kann und exzellente elektrochemische Eigenschaften besitzt. Über 1.000 hochreversible Lade- /Entladezyklen mit hoher Zyklenstabilität und Kapazität konnten bisher demonstriert werden. Diese Entdeckung stellt einen wichtigen Schritt zur nachhaltigen Nutzung und Verwertung von Ressourcen wie beispielsweise biologischer Abfälle dar.

Für die positive Elektrode wurde ein Material entwickelt, das aus verschiedenen Schichtoxiden besteht. Dieses Aktivmaterial kommt völlig ohne das teure und umweltschädliche Element Cobalt aus, welches heutzutage häufig noch immer einen wichtigen Bestandteil in Aktivmaterialien von kommerziellen Lithium-Ionen Batterien darstellt. Überraschenderweise konnte trotzdem eine beeindruckende Leistung über mehrere hundert Zyklen erreicht werden, die sich unter anderem durch hohe Effizienz, Zyklenstabilität, Kapazität sowie Spannung auszeichnet.

Mit diesen Materialien ist nach Ansicht der Forscher nun ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung kostengünstiger und umweltfreundlicher Natrium-Ionen Batterien gemacht worden. In der Zeitschrift „ChemElectroChem“ und „Advanced Energy Materials“ hat die Forschungsgruppe die neuen Materialien vorgestellt. Detaillierte Ergebnisse stehen unter „Apple Biowaste-Derived Hard Carbon as Powerful Anode Material for Na-Ion Batteries“ und “Layered Na-ion Cathodes with Outstanding Performance resulting from the Synergetic Effect of Mixed P- and O-type phases” zur Verfügung.

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie