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 In Hochleistungs-Mais sind mehr Gene aktiv
19.01.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Warum es für Pflanzen gut sein kann auf Sex zu verzichten
19.01.2018 | Universität Wien

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: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie