Elektroden aus Apfelresten

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Mit Bio-Abfällen zu nachhaltigen Batterien

Ein Material aus Schichtoxiden und ein aus Apfelresten gewonnenes kohlenstoffbasiertes Aktivmaterial könnten die Kosten für Energiespeicher senken helfen. Beide zeigen exzellente elektrochemische Eigenschaften und stehen für umweltfreundliche und nachhaltige Nutzung von Ressourcen. In den Zeitschriften ChemElectroChem und Advanced Energy Materials stellen Forscher des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) des Karlsruher Instituts für Technologie die neuen Materialien vor – so eine Pressemeldung aus dem HIU.

Natrium-Ionen-Batterien sind nicht nur deutlich leistungsstärker als Systeme wie Nickel-Metallhydrid- oder Bleisäure-Akkumulatoren, sondern repräsentieren auch eine Alternative zur Lithium-Ionen-Technologie, da ihre Ausgangsrohstoffe weit verbreitet, einfach zugänglich und kostengünstig sind. Daher sind Natrium-Ionen-Batterien eine äußerst vielversprechende Technologie für stationäre Energiespeicher, denn die nehmen eine zentrale Rolle in der Energiewende ein und stellen damit einen äußerst attraktiven Markt in der Zukunft dar.

In der Entwicklung von Aktivmaterialien für Natrium-basierte Energiespeichersysteme ist dem Team um Professor Stefano Passerini und Dr. Daniel Buchholz am Helmholtz-Institut Ulm des Karlsruher Instituts für Technologie nun ein bedeutender Schritt gelungen. Für die negative Elektrode wurde ein kohlenstoffbasiertes Material entwickelt, das u.a. aus Apfelabfällen gewonnen werden kann und exzellente elektrochemische Eigenschaften besitzt. Mehr als 1.000 Lade- und Entladezyklen mit hoher Zyklenstabilität und hoher Kapazität konnten bisher demonstriert werden. Diese Entdeckung stellt einen wichtigen Schritt zur nachhaltigen Nutzung und Verwertung von Ressourcen wie beispielsweise biologischer Abfälle dar.

Für die positive Elektrode wurde ein aus verschiedenen Schichten von Natriumoxiden bestehendes Material entwickelt. 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. Das neue Aktivmaterial, in dem die eigentliche elektrochemische Speicherung von Energie stattfindet, kann im Labor ohne Cobalt über Hunderte Zyklen die gleichen Leistungsdaten erreichen, wenn es um Effizienz, Zyklenstabilität, Kapazität und Spannung geht. Mit diesen Materialien ist nun ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung kostengünstiger und umweltfreundlicher Natrium-Ionen-Batterien gemacht worden.

[note Das HIU wurde im Januar 2011 vom KIT als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft in Kooperation mit der Universität Ulm gegründet. Mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) sind zwei weitere renommierte Einrichtungen als assoziierte Partner in das HIU eingebunden. Das internationale Team aus rund 125 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern forscht im HIU an der Weiterentwicklung der Grundlagen von zukunftsfähigen Energiespeichern für den stationären und mobilen Einsatz.]
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