Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lithium-Luft-Batterie: Mechanismus zur gesteigerten Kapazität geklärt

11.11.2014

Gemeinsamer Erfolg von TU Graz, St. Andrews, Oxford, Amiens und Collège de France

Lithium-Luft-Batterien speichern potentiell ein Vielfaches an Energie als Lithium-Ionen-Batterien. Sie gelten daher als deren vielversprechende Nachfolgerinnen und als die leistungsstarken Energieträger, nach denen die Automobilindustrie dringend sucht.

Forscher der TU Graz haben nun gemeinsam mit den Universitäten St. Andrews, Oxford und Amiens sowie dem Collège de France den Entlademechanismus der „luftigen Superbatterie“ besser aufgeklärt: Die Art des Elektrolyten entscheidend über die effektive Kapazität der Batterie. Die Erkenntnis wurde in der aktuellen Ausgabe von „Nature Chemistry“ publiziert.

Dank leichter Sauerstoff- statt schwerer metallischer Ionenstrukturen haben Lithium-Luft-Batterien im Gegensatz zu den mittlerweile recht verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien eine potentiell vervielfachte Energiespeicherkapazität. Zudem kommt die „luftige Super-Batterie“ ohne teure und begrenzt verfügbare Übergangsmetalle wie Kobalt, Nickel oder Mangan aus.

Die neue Batterietechnologie steckt zum Gutteil aber noch in den Kinderschuhen. Einen entscheidenden Aspekt hat Stefan Freunberger vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz gemeinsam mit Kollegen der Universitäten von St. Andrews, Oxford und Amiens sowie des Collège de France unter die Lupe genommen: „Wir haben den Entlademechanismus der Lithium-Luft-Batterie untersucht und gezeigt, welche Faktoren für die effektive Kapazität der Batterie verantwortlich sind“, fasst Freunberger zusammen.

Elektrolyt entscheidet Kapazität

Die Kapazität der Lithium-Luft-Batterie ist anders als bei jetzigen Batterien nicht fest bestimmt, sondern wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Zentral ist der Elektrolyt, der die Ionen leitet. Der Sauerstoff in der entladenen Lithium-Luft-Batterie ist idealerweise in Form von Peroxid vorhanden, also in fester, unlöslicher Form. Die Zwischenstufe dorthin ist sogenanntes Superoxid.

Je löslicher die Zwischenstufe während des Entlademechanismus ist, desto besser wirkt sich das auf die Kapazität der Batterie aus. „Wir haben herausgefunden, dass das ‚Rädchen‘, an dem man drehen muss, in der sogenannten Donorzahl des Elektrolyten liegt. Diese Zahl beschreibt die Bindungsstärke zwischen dem Lösungsmittel und den Kationen eines darin gelösten Salzes und bestimmt die Löslichkeit der Zwischenstufe“, erklärt Stefan Freunberger.

Ein Elektrolyt mit hoher Donorzahl ist also der Schlüssel zur gesteigerten Kapazität der Lithium-Luft-Batterie. „Hohe Donorzahlen haben beispielsweise Sulfoxide oder Imidazol. Letzteres ist eine Stickstoffverbindung, die wir in unserer Untersuchung als Modellsubstanz verwendet haben“, so Freunberger.

Gerichtete Forschung statt „trial and error“

Damit ist das theoretische Gerüst der Lithium-Luft-Batterie noch fundierter. „Wir haben nun viele trial and error-Versuche aus dem Weg geschafft und wissen, wir müssen einen Elektrolyten mit möglichst hoher Donorzahl verwenden. Nun können wir die Lithium-Luft-Batterie zielgerichteter bis zu ihrer tatsächlichen Verwendung erforschen“, sagt Stefan Freunberger, der als nächstes die Herstellung eines Polymerelektrolyten mit hoher Donorzahl in Angriff nehmen wird.

Originalpublikation:
Lee Johnson, Chunmei Li, Zheng Liu, Yuhui Chen, Stefan A. Freunberger, Jean-Marie Tarascon, Praveen C. Ashok, Bavishna B. Praveen, Kishan Dholakia and Peter G. Bruce: The role of LiO2 solubility in O2 reduction in aprotic solvents and its consequences for Li-O2 batteries. Nature Chemistry, November 2014, DOI 10.1038/nchem.2101.

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2101.html 

Rückfragen:
Dipl.-Ing. Dr.sc.ETH Stefan Freunberger
Institut für Chemische Technologie von Materialien
Tel.: 0043 (0) 316 873 32386
E-Mail: freunberger@tugraz.at

Mag. Susanne Eigner | Technische Universität Graz
Weitere Informationen:
http://www.tugraz.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Linearpotentiometer LRW2/3 - Höchste Präzision bei vielen Messpunkten
17.05.2017 | WayCon Positionsmesstechnik GmbH

nachricht Neues 100 kW-Wechselrichtermodul für B6-Standard halbiert Gewicht und Volumen
17.05.2017 | Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Im Focus: XENON1T: Das empfindlichste „Auge“ für Dunkle Materie

Gemeinsame Meldung des MPI für Kernphysik Heidelberg, der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster

„Das weltbeste Resultat zu Dunkler Materie – und wir stehen erst am Anfang!“ So freuen sich Wissenschaftler der XENON-Kollaboration über die ersten Ergebnisse...

Im Focus: World's thinnest hologram paves path to new 3-D world

Nano-hologram paves way for integration of 3-D holography into everyday electronics

An Australian-Chinese research team has created the world's thinnest hologram, paving the way towards the integration of 3D holography into everyday...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

Branchentreff für IT-Entscheider - Rittal Praxistage IT in Stuttgart und München

22.05.2017 | Veranstaltungen

Flugzeugreifen – Ähnlich wie PKW-/LKW-Reifen oder ganz verschieden?

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Myrte schaltet „Anstandsdame“ in Krebszellen aus

22.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

22.05.2017 | Physik Astronomie

Wie sich das Wasser in der Umgebung von gelösten Molekülen verhält

22.05.2017 | Biowissenschaften Chemie