Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Salziger Akku

08.11.2016

Natrium-Luft-Akkus mit verbesserter Zyklenfestigkeit dank hochkonzentriertem Elektrolyten

Ob Smartphone, Laptop oder Elektroauto – ein leistungsfähigerer Akku steht ganz oben auf der Wunschliste der Nutzer. Auf der Suche nach der nächsten Akku-Generation ist der Natrium-Luft-Akku in den Fokus gerückt. Theoretisch sollte er eine bisher unerreichte Leistungsfähigkeit bieten, nur hapert es an der praktischen Umsetzung. Dieser sind Forscher jetzt einen Schritt näher gekommen. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, könnte eine hochkonzentrierte Elektrolytlösung den Natrium-Luft-Akku stabiler und damit praktikabel machen.


Natrium-Luft-Akkus mit wasserfreiem Lösungsmittel für den Elektrolyten könnte den neuen Akku praktikabel machen.

(c) Wiley-VCH

Auf Alkalimetall-Luft-Akkus werden große Hoffnungen gesetzt, da sie eine besonders hohe theoretische Energiedichte haben. Eine der Elektroden besteht aus dem reinen Alkali-Metall. Beim Entladen gibt sie Elektronen in den Stromkreis und positiv geladene Metall-Ionen an den Elektrolyten ab. Die Gegenelektrode aus porösem Kohlenstoff ist in Kontakt mit der Luft. Hier wird Sauerstoff durch Aufnahme von Elektronen in Gegenwart der Metallionen reduziert. Dabei können verschiedene Metalloxid-Verbindungen entstehen. Bei der Ladung des Akkumulators kehrt sich dieser Vorgang um: An der positiven Elektrode wird Sauerstoff (O2) an die Luft abgegeben, an der negativen Elektrode das Alkalimetall wieder abgeschieden.

Eine Reihe grundsätzlicher Probleme stehen einer praktischen Umsetzung noch im Wege: die unzureichende Wiederaufladbarkeit und zahlreiche Nebenreaktionen, die die Stabilität beeinträchtigen, zudem verstopft bei Ansätzen mit Lithium das entstehende Lithiumperoxid die poröse Elektrode. Das als Rohstoff viel leichter verfügbare Natrium könnte eine bessere Wahl sein: In Natrium/Luft-Zellen entsteht überraschenderweise nicht Natriumperoxid, sondern vor allem Natriumsuperoxid (NaO2), das beim Laden nahezu reversibel wieder in die Elemente zerlegt werden kann.

Notwendig ist ein wasserfreies, aprotisches Lösungsmittel (das keine Wasserstoffionen H+ abspalten kann) für den Elektrolyten. Dimethylsulfoxid (DMSO) wäre für elektrochemische Anwendungen die Wahl – reagiert aber leider allzu gern mit Natrium zu problematischen Reaktionsprodukten.

Mingfu He, Kah Chun Lau, Yiying Wu und ihr Team von der Ohio State University, der California State University sowie dem Argonne National Laboratory (USA) haben dafür jetzt einen Lösungsansatz: Eine sehr hohe Konzentration des organischen Salzes Natriumtrifluormethansulfonimid (NaTFSI) stabilisiert DMSO gegenüber Natrium.

Anhand von Raman-Spektroskopie von NaTFSI/DMSO-Elektrolytlösungen sowie Simulationsrechnungen konnten die Wissenschaftler erklären, warum: In der hochkonzentrierten Lösung entsteht eine Struktur aus locker vernetzten Na(DMSO)3TFSI-Einheiten, die einen großen Anteil der DMSO-Moleküle bindet, sodass nur noch wenige für eine Reaktion zur Verfügung stehen. Das Natrium zersetzt dann vorzugsweise TFSI-Anionen – was vorteilhaft ist, da die Produkte eine passivierende Schutzschicht auf der Natrium-Elektrode bilden.

Die Forscher konstruierten einen kleinen Akku, der gute elektrochemische Eigenschaften zeigte und 150 Lade/Entlade-Zyklen ohne nennenswerte Leistungseinbußen durchlief, während Zellen mit einer verdünnten Elektrolytlösung lediglich 6 Zyklen überstanden.

Angewandte Chemie: Presseinfo 38/2016

Autor: Yiying Wu, The Ohio State University (USA), https://chemistry.osu.edu/people/wu.531

Link zum Originalbeitrag: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201608607

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

nachricht Der lange Irrweg der ADP Ribosylierung
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde

26.04.2018 | Informationstechnologie

Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Berner Mars-Kamera liefert erste farbige Bilder vom Mars

26.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics