Mit bio­logisch­en Ab­fällen zu nach­haltigen Bat­terien

18.01.2016

Ein Forscherteam des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) hat ein kohlenstoffbasiertes Aktivmaterial, das aus Apfelresten gewonnen wird und ein aus verschiedenen Schichtoxiden bestehendes Material entwickelt. Beide zeigen exzellente elektrochemische Eigenschaften und stehen für umweltfreundliche und nachhaltige Nutzung von Ressourcen. In der Zeitschrift „ChemElectroChem“ und „Advanced Energy Materials“ stellt die Forschungsgruppe die neuen Materialien vor.

Natrium-Ionen Batterien sind nicht nur deutlich leistungsstärker als Systeme wie Nickel-Metallhydrid- oder Bleisäure-Akkumulatoren sondern repräsentieren auch eine kostengünstigere Alternative (€/kWh) zur Lithium-Ionen Technologie. Daher sind sie äußerst vielversprechend für stationäre Energiespeicher, welche 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 HIU nun ein bedeutender Schritt gelungen. Für die negative Elektrode wurde ein kohlenstoffbasiertes Material entwickelt, welches aus Apfelabfällen gewonnen werden kann und exzellente elektrochemische Eigenschaften besitzt. Über 1000 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.

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

Mit diesen Materialien ist nun ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung kostengünstiger und umweltfreundlicher Natrium-Ionen Batterien gemacht worden. Detaillierte Ergebnisse können den beiden jeweiligen Publikationen entnommen werden („Apple Biowaste-Derived Hard Carbon as Powerful Anode Material for Na-Ion Batteries“ ChemElectroChem, doi: 10.1002/celc.201500437; “Layered Na-ion Cathodes with Outstanding Performance resulting from the Synergetic Effect of Mixed P- and O-type phases” Advanced Energy Materials, doi: 10.1002/aenm.201501555.).

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