Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Super umweltfreundlich: die «Katzengold-Batterie»

16.11.2015

Hochleistungsfähige Lithium-Ionen-Batterien haben ein Problem: Das Lithium wird irgendwann knapp, weil immer mehr Elektroautos und stationäre Speicherbatterien gebaut werden müssen. Nun haben Forscher der Empa und der ETH Zürich eine Alternative entdeckt: die «Katzengold-Batterie». Sie besteht aus Eisen, Schwefel, Natrium und Magnesium – Elemente, die in beliebig grossen Mengen verfügbar sind. Mit kleinem Geld liessen sich damit riesige, stationäre Speicherakkus innerhalb von Gebäuden oder neben Kraftwerken bauen.

Die Suche nach preisgünstigen Akkus zur Speicherung von Strom ist ein dringendes Geschäft: Immer mehr unregelmässig produzierter Ökostrom bringen das herkömmliche Stromnetz an die Belastungsgrenze.


Schlüssel zum Erfolg: Pryrit (Katzengold) als Kathodenmaterial

JJ Harrison/commons.wikimedia.org


Pyrit-Nanokristalle im Elektronenmikroskop: Aus solchen Kristallen besteht die Kathode der «Katzengold-Batterie»

Empa

So wächst der Bedarf an stationären Zwischenspeichern, die ans «smart grid» angeschlossen werden können. Auch die Zahl der Elektroautos, die schnell ihre Akkus laden müssen, wird zunehmen. Die bekannten, leistungsfähigen Li-Ionen-Akkus eigenen sich jedoch schlecht als stationäre Zwischenspeicher; dafür sind sie zu teuer und das wertvolle Lithium zu knapp.

Eine billige Alternative ist gefragt – ein Akku, der aus preiswerten, massenhaft verfügbaren Zutaten bestehen sollte. Doch Elektrochemie ist eine vertrackte Sache: Nicht alles, was billig ist, gibt einen Akku her.

Sicher, langlebig und günstig

Maksym Kovalenko, Marc Walter und ihren Kollegen im Labor für Dünnfilme und Photovoltaik der Empa gelang nun so etwas wie die Quadratur des Kreises: Kovalenkos Team kombiniert eine Magnesium-Anode mit einem Elektrolyten aus Magnesium- und Natriumionen.

Als Kathode dienen Nanokristalle aus Pyrit – landläufig bekannt als Katzengold. Pyrit ist kristallines Eisensulfid, bestehend aus Eisen und Schwefel. Die Natrium-Ionen aus dem Elektrolyten wandern beim Entladen in die Kathode. Beim Wiederaufladen gibt Pyrit die Natrium-Ionen wieder frei.

Diese so genannte Natrium-Magnesium-Hybrid-Batterie funktioniert bereits im Labor und vereint verschiedene Vorteile: Das Magnesium der Anode ist weit sicherer als das leicht brennbare Lithium. Und schon der Versuchsakku im Labor überstand 40 Lade- und Entladezyklen, ohne an Leistungsfähigkeit einzubüssen – ein Ergebnis das zu weiterer Optimierung des Testsystems förmlich einlädt.

Der grösste Vorteil ist jedoch, dass alle Zutaten für diese Art Akku in beliebiger Menge und sehr preisgünstig zur Verfügung stehen: Eisensulfid-Nanokristalle lassen sich zum Beispiel herstellen, indem man metallisches Eisen mit Schwefel in herkömmlichen Kugelmühlen trocken vermahlt.

Eisen, Magnesium, Natrium und Schwefel sind die häufigsten chemischen Elemente ist in der Erdkruste und liegen an 4., 6., 7. und 15. Stelle. Ein Kilogramm Magnesium kostet daher weniger als vier Franken und ist damit 15-mal billiger als Lithium. Auch beim Bau der Billig-Akkus lässt sich sparen: Li-Ionen-Akkus brauchen relativ teure Kupferfolien, um den Strom zu sammeln und abzuleiten. Bei der «Katzengold-Batterie» würde preisgünstige Alufolie genügen.

Potential, um eine Jahresproduktion Strom des Kraftwerks Leibstadt zwischenzuspeichern

Die Forscher sehen in ihrer Entwicklung vor allem Potential für grosse Netzspeicherbatterien. Zwar eigne sich die Katzengold-Batterie nicht für Elektroautos – dafür ist ihre Leistung zu gering. Dort aber, wo es auf Kosten, Sicherheit und Umweltfreundlichkeit ankommt, sei die Technik im Vorteil.

In ihrer vor kurzem veröffentlichten Publikation im Fachjournal «Chemistry of Materials» schlagen die Empa-Forscher Batteriespeicher mit einer Kapazität von Terawattstunden vor. In einem solchen Akku liesse sich beispielsweise die Jahresproduktion des Schweizer Atomkraftwerks Leibstadt zwischenspeichern.

«Noch ist das volle Potential der Batterie nicht ausgeschöpft», sagt Maksym Kovalenko, der parallel zu seiner Forschung an der Empa als Professor am Departement Chemie und angewandte Biowissenschaften der ETH Zürich lehrt. «Mit Hilfe weiterentwickelter Elektrolyten lässt sich die elektrische Spannung und die Lebensdauer der Natrium-Magnesium Hybrid-Zelle mit Sicherheit noch erhöhen.»

Er fügt hinzu: «Nun suchen wir nach Investoren, die unsere Forschung auf dem Weg ins Nach-Lithium-Zeitalter unterstützen und solch zukunftsweisende Technologie auf den Markt bringen wollen.»

Weitere Informationen:

http://www.empa.ch/plugin/template/empa/3/162501/---/l=1
http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemmater.5b03531

Rainer Klose | EMPA
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch

Weitere Berichte zu: Akku Akkus Eisen Empa Kathode Lithium Magnesium Natrium-Ionen Schwefel Strom elektrische Spannung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher der TU Dresden entwickeln intelligente Therapie-Geräte für Skoliosebehandlung
14.06.2019 | Technische Universität Dresden

nachricht CO2-neutraler Treibstoff aus Luft und Sonnenlicht
13.06.2019 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: Erfolgreiche Praxiserprobung: Bidirektionale Sensorik optimiert das Laserauftragschweißen

Die Qualität generativ gefertigter Bauteile steht und fällt nicht nur mit dem Fertigungsverfahren, sondern auch mit der Inline-Prozessregelung. Die Prozessregelung sorgt für einen sicheren Beschichtungsprozess, denn Abweichungen von der Soll-Geometrie werden sofort erkannt. Wie gut das mit einer bidirektionalen Sensorik bereits beim Laserauftragschweißen im Zusammenspiel mit einer kommerziellen Optik gelingt, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT auf der LASER World of PHOTONICS 2019 auf dem Messestand A2.431.

Das Fraunhofer ILT entwickelt optische Sensorik seit rund 10 Jahren gezielt für die Fertigungsmesstechnik. Dabei hat sich insbesondere die Sensorik mit der...

Im Focus: Successfully Tested in Praxis: Bidirectional Sensor Technology Optimizes Laser Material Deposition

The quality of additively manufactured components depends not only on the manufacturing process, but also on the inline process control. The process control ensures a reliable coating process because it detects deviations from the target geometry immediately. At LASER World of PHOTONICS 2019, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be demonstrating how well bi-directional sensor technology can already be used for Laser Material Deposition (LMD) in combination with commercial optics at booth A2.431.

Fraunhofer ILT has been developing optical sensor technology specifically for production measurement technology for around 10 years. In particular, its »bd-1«...

Im Focus: Additive Fertigung zur Herstellung von Triebwerkskomponenten für die Luftfahrt

Globalisierung und Klimawandel sind zwei der großen Herausforderungen für die Luftfahrt. Der »European Flightpath 2050 – Europe’s Vision for Aviation« der Europäischen Kommission für Forschung und Innovation sieht für Europa eine Vorreiterrolle bei der Vereinbarkeit einer angemessenen Mobilität der Fluggäste, Sicherheit und Umweltschutz vor. Dazu müssen sich Design, Fertigung und Systemintegration weiterentwickeln. Einen vielversprechenden Ansatz bietet eine wissenschaftliche Kooperation in Aachen.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT und der Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen entwickeln zurzeit eine...

Im Focus: Die verborgene Struktur des Periodensystems

Die bekannte Darstellung der chemischen Elemente ist nur ein Beispiel, wie sich Objekte ordnen und klassifizieren lassen.

Das Periodensystem der Elemente, das die meisten Chemiebücher abbilden, ist ein Spezialfall. Denn bei dieser tabellarischen Übersicht der chemischen Elemente,...

Im Focus: The hidden structure of the periodic system

The well-known representation of chemical elements is just one example of how objects can be arranged and classified

The periodic table of elements that most chemistry books depict is only one special case. This tabular overview of the chemical elements, which goes back to...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Rittal und Innovo Cloud sind auf Supercomputing-Konferenz in Frankfurt vertreten

18.06.2019 | Veranstaltungen

Teilautonome Roboter für die Dekontamination - den Stand der Forschung bei Live-Vorführungen am 25.6. erleben

18.06.2019 | Veranstaltungen

KI meets Training

18.06.2019 | Veranstaltungen

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

Universität Jena mit innovativer Lasertechnik auf Photonik-Messe in München vertreten

19.06.2019 | Messenachrichten

Meilenstein für starke Zusammenarbeit: Neuer Standort für Rittal und Eplan in Italien

19.06.2019 | Unternehmensmeldung

Katalyse: Hohe Reaktionsraten auch ohne Edelmetalle

19.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

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