Stromspeicher: Höhere Sicherheit durch wässrige Zink-Ionen Batterien
Die umfassende Nutzung erneuerbarer Energie scheitert bis dato vielfach an der passenden Speicherlösung. Forschende der Universität Bremen arbeiten aktuell an einer neuen Alternative auf Basis von metallischem Zink.
Eine Forschungsgruppe der Universität Bremen arbeitet an der Entwicklung neuartiger Stromspeicher auf Basis wässriger Zink-Ionen Batterien.
Foto: Federico Scarpioni/Universität Bremen
Trotz der in den vergangenen Jahren gestiegenen Bedeutung von Wind- und Solarenergie für die deutsche Stromversorgung, ist eine maßgeblich mit diesem Thema unmittelbar verbundene Herausforderung bislang nur unzureichend gelöst: Nur mit günstigen und umweltfreundlichen Energiespeichern lässt sich das Stromnetz hinreichend stabilisieren, um vor Stromspitzen oder Stromausfällen gefeit zu sein. „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“, so Professor Fabio La Mantia, Leiter des Fachgebiets „Energiespeicher- und Energiewandlersysteme“ der Universität Bremen. Er forscht mit seinem Team deshalb in eine andere Richtung und ist zuversichtlich: „Es gibt eine aufstrebende grüne Energiespeicherungstechnologie, die auf reichlich vorhandenem und günstigem metallischem Zink basiert. Wässrige Zink-Ionen Batterien könnten die aktuellen Probleme lösen.“
Zinkbasierte Anoden sollen Stabilität von wässrigen Zink-Ionen Batterien verbessern
Weil die Technologie auf Wasser basiert, werde jegliche Explosions- oder Brandgefahr eliminiert. Darüber hinaus bestehen Zink-Ionen Batterien hauptsächlich aus metallischem Zink und anderen meist günstigen und ungiftigen Materialien. Dadurch werde nicht nur der finale Preis von grüner Energie reduziert, sondern zugleich auch das Risiko von Umweltverschmutzung vermindert, sind sich die Forschenden sicher. Trotz dieser guten Voraussetzungen sei die wässrige Zink-Ionen-Batterietechnologie momentan noch weit von groß angelegter Kommerzialisierung entfernt. Die Forschenden an der Universität Bremen fokussieren sich darauf, die Herausforderungen zu überwinden, um wässrige Zink-Ionen Batterien marktreif zu machen. Die Forschungsgruppe um Professor 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.
Forschungsgruppe zu Energiespeichern und Energiewandlersystemen
Im Wissenschaftsmagazin Nature Communications haben Professor La Mantia und sein Team die wichtigen Herausforderungen aktuell in einem Aufsatz beschrieben. 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. „Ziel ist es, die Vermarktung dieser vielversprechenden umweltfreundlichen Batterietechnologie zu beschleunigen“, so La Mantia.
Die Forschungsgruppe „Energiespeicher- und Energiewandlersysteme“ wurde im Juli 2015 im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen in Kooperation mit dem Fraunhofer IFAM initiiert. Sie besteht aus einer Gruppe junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, 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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