Wiederaufladbare umweltfreundliche Energiequelle für nachhaltigere Umwelt
Der Ersatz von Lithium in wiederaufladbaren Batterien durch ein häufiger vorkommendes Material wie Kalium könnte helfen, eine umweltfreundlichere Energiequelle zu entwickeln. Die Sorge um die Knappheit von Lithium und anderen Materialien, die in den inzwischen allgegenwärtigen Lithium-Ionen-Batterien notwendig sind, hat in letzter Zeit viele Forscher dazu veranlasst, nach Alternativen wie Natrium und Kalium zu suchen. Prof. Shinichi Komaba von der Tokyo University of Science und sein Team arbeiten schon mehr als ein Jahrzehnt an diesem Thema.
Younicos -Lithium-Ionen-Batterie Berlin Adlershof – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
Seit ihrer Kommerzialisierung sind Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) aufgrund ihrer hervorragenden Leistung erste Wahl für wiederaufladbare Batterien. Mit dem daraus resultierenden Nachfrageanstieg und der begrenzten Verfügbarkeit von Lithium und Kobalt in der Erdkruste könnte die Verwendung von LIBs jedoch bald zu einem großen Problem werden. Aus diesem Grund konzentrierte sich ein Team von Wissenschaftlern an der Tokio University of Science unter Leitung von Prof. Shinichi Komaba darauf, das begrenzte Element Lithium durch bessere Alternativen wie Natrium und Kalium zu ersetzen. Natrium und Kalium gehören zur gleichen Alkalimetallgruppe des Periodensystems der Elemente, und ihre chemische Beschaffenheit ist daher recht ähnlich. Aber im Gegensatz zu Lithium sind diese Elemente auf der Erde weit verbreitet, und ihre Verwendung zur Entwicklung leistungsstarker wiederaufladbarer Batterien wäre ein Durchbruch zur Schaffung einer nachhaltigeren Gesellschaft.
2014 analysierte Prof. Komaba zusammen mit Prof. M. Stanley Whittingham, der 2019 den Nobelpreis für Chemie erhielt (siehe: solarify.eu/chemie-nobelpreis-geht-an-entwickler-von-li-ionen-batterien), den aktuellen Entwicklungsstand der Natrium-Ionen-Batterien und veröffentlichte seine Ergebnisse in einer viel zitierten Studie.Dann untersuchte Komaba eine weitere plausible Alternative zu LIBs, die Kalium-Ionen-Batterien (KIBs). Der Einsatz von Kalium in Batterien ist vielversprechend, da diese eine vergleichbare (oder sogar bessere) Leistung wie LIBs aufweisen. Darüber hinaus sind die für den Bau von KIBs notwendigen Materialien alle ungiftig und kommen häufiger vor als die für LIBs benötigten Materialien.
Komaba: „Wie die jüngsten intensiven Forschungen zeigen, sind KIBs aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wie Wirtschaftlichkeit, Hochspannung und Hochleistungsbetrieb als vielversprechende Batteriekandidaten der nächsten Generation anerkannt. Eine weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit der KIBs würde den Weg für ihre praktische Anwendung ebnen“.
->Quellen:
- tus.ac.jp/en/mediarelations/archive/20200115001.html
- Research Development on K-ion Batteries, in: Chemical Reviews, DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00463