Auf dem Weg zur nächsten Energiespeicher-Generation

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Wässrige Zink-Ionen Batterien ohne Explosions- oder Brandgefahr

Forschende der Universität Bremen arbeiten derzeit erfolgreich an der nächsten Generation von Energiespeichern. Ihr Ziel sind dabei wässrige Zink-Ionen Batterien, bei denen jegliche Explosions- oder Brandgefahr ausgeschlossen ist. In Nature Communications haben Professor Fabio La Mantia und sein Team am 03.02.2022 open access die wichtigsten Herausforderungen beschrieben, die bei der Weiterentwicklung der neuartigen Batterietechnologie bewältigt werden müssen.

Wässrige Zink-Ionen Batterien ohne Explosions- oder Brandgefahr – das soll die nächste Generation von Energiespeichern werden. In Nature Communications hat Giorgia Zampardi, Universität Bremen mit anderen open access die Herausforderungen beschrieben – Foto © Federico Scarpioni, Universität Bremen

Umwelt- und klimaschonende Energieversorgung ist eines der am meisten diskutierten Themen unserer Zeit. Unsere Gesellschaft muss und will unabhängig von fossilen Brennstoffen werden, um die CO2-Emissionen zu reduzieren. „Grüne Energie“ aus erneuerbaren Quellen wie Windparks und Solarpanelen hat einen beispiellosen Schub erhalten. Aber genauso wichtig wie das „Ernten“ des Stroms ist auch, immer günstigere und umweltfreundlichere Energiespeicher zu entwickeln. Nur damit lässt sich das Stromnetz künftig stabilisieren, weil es vor Stromspitzen oder Stromausfällen geschützt werden muss.

Professor Fabio La Mantia, Leiter des Fachgebiets „Energiespeicher- und Energiewandlersysteme“ der Universität Bremen: „Leider sind die bereits etablierten Energiespeichertechnologien – wie die weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien – aufgrund der sehr strengen Vorgaben des stationären Energiespeichermarktes in Bezug auf Umweltfreundlichkeit, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit suboptimal“. Er forscht mit seinem Team deshalb in eine andere Richtung: „Es gibt eine aufstrebende grüne Energiespeicherungstechnologie, die auf reichlich vorhandenem und günstigem metallischem Zink basiert. Wässrige Zink-Ionen Batterien könnten die aktuellen Probleme lösen!“

Wasserbasierte Technologie eliminiert Gefahren

Weil diese Technologie auf Wasser basiert, ist Explosions- oder Brandgefahr praktisch ausgeschlossen. Darüber hinaus – das lässt schon der Name vermuten – bestehen Zink-Ionen Batterien hauptsächlich aus metallischem Zink und anderen meist günstigen und ungiftigen Materialien. Dadurch wird nicht nur der Endpreis von grüner Energie, sondern auch das Umweltverschmutzungsrisiko vermindert.

Trotz der guten Voraussetzungen ist die wässrige Zink-Ionen-Batterietechnologie aber momentan noch von groß angelegter Kommerzialisierung weit entfernt. Die Forschenden an der Universität Bremen wollen die Herausforderungen überwinden, und wässrige Zink-Ionen Batterien marktreif machen. Die Forschungsgruppe von La Mantia konzentriert sich dabei auf die Entwicklung von neuartigen zinkbasierten Anoden. Sie sollen die Stabilität und Lebensdauer von Zink-Ionen-Batterien verbessern. Zudem arbeitet die Gruppe an der Entwicklung von günstigen umweltfreundlichen Kathodenmaterialien sowie der Optimierung von wasserbasierten Elektrolyten.

In Nature Communications haben Professor La Mantia und sein Team jetzt die wichtigen Herausforderungen beschrieben, mit denen die Wissenschaftsgemeinschaft bald konfrontiert sein wird, um diese neuartige Batterietechnologie voranzubringen. Zusätzlich haben sie Richtlinien für eine gute experimentelle Praxis entwickelt, damit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt ihre Forschungsbemühungen an die industriellen Standards und Bedürfnisse anpassen können. Fabio La Mantia: „Ziel ist es, die Vermarktung dieser vielversprechenden umweltfreundlichen Batterietechnologie zu beschleunigen.“

Die Forschungsgruppe „Energiespeicher- und Energiewandlersysteme“ wurde im Juli 2015 im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen in Kooperation mit dem Fraunhofer IFAM ins Leben gerufen. Sie setzt sich aus einer Gruppe junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zusammen, die sich insbesondere mit der elektrochemischen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie befasst und effiziente Methoden zur Energiespeicherung entwickelt. Die Arbeitsgruppe behandelt eine Vielzahl verschiedener Themen im Bereich der experimentellen Elektrochemie, wobei die Versuche durch physikalische Modellierungen unterstützt werden.

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