Die Nutzung erneuerbarer Energien, wie Wind- und Solarenergie, ist entscheidend für eine nachhaltige Zukunft. Allerdings erzeugen diese Energiequellen nicht immer Strom, wenn er benötigt wird. Um das volle Potenzial auszuschöpfen, ist eine effektive und kostengünstige Energiespeicherung essenziell. Forscher der Columbia University haben nun einen bedeutenden Fortschritt erzielt, der die Speicherung erneuerbarer Energie effizienter und bezahlbarer machen könnte.
Verbesserte Akkutechnologie für längere Betriebszeiten
Materialwissenschaftler der Columbia Engineering haben einen neuen Batterietyp entwickelt, der kostengünstige und leicht verfügbare Elemente wie Kalium (K), Natrium (Na) und Schwefel (S) nutzt. Diese sogenannte K-Na/S-Batterie bietet eine vielversprechende Lösung für die langfristige Energiespeicherung. Professor Yuan Yang, der das Forschungsteam leitet, betont die Bedeutung dieser Entwicklung:
„Wir müssen die Betriebsdauer dieser Batterien verlängern und sie gleichzeitig einfach und günstig herstellbar machen. Nur so können wir die Zuverlässigkeit erneuerbarer Energien erhöhen und unser Energiesystem stabilisieren.“
Die Herausforderung bei der K-Na/S-Batterie besteht darin, dass in früheren Ansätzen Feststoffe wie K2S2 und K2S die Funktion der Batterie behinderten und extrem hohe Betriebstemperaturen erforderlich waren. Dies führte zu hohen Kosten und komplexem Wärmemanagement.
Neuer Elektrolyt bringt Durchbruch
Das Forschungsteam um Yuan Yang hat einen neuen Elektrolyten entwickelt, der diese Herausforderungen adressiert. Ein spezielles Lösungsmittel aus Acetamid und ε-Caprolactam ermöglicht es der Batterie, bei wesentlich niedrigeren Temperaturen (ca. 75°C) zu arbeiten und dennoch fast die maximal mögliche Energiespeicherkapazität zu erreichen. Diese Verbesserung führt zu höheren Energiedichten und einer längeren Lebensdauer der Batteriezyklen.
Zhenghao Yang, Mitautor der Studie, zeigt sich begeistert:
„Unser Ansatz erreicht nahezu theoretische Entladekapazitäten und eine verlängerte Zykluslebensdauer. Dies ist ein aufregender Fortschritt im Bereich der mittelhochtemperierten K/S-Batterien.“
Weg zu einer nachhaltigen Zukunft
Das Team ist Mitglied des Columbia Electrochemical Energy Center (CEEC), das auf die Entwicklung neuer Technologien und die Beschleunigung ihrer Kommerzialisierung spezialisiert ist. Mithilfe industrieller Partnerschaften zielt das CEEC darauf ab, Durchbrüche in der elektrochemischen Energiespeicherung und -umwandlung zu realisieren.
Skalierung für die Zukunft
Derzeit arbeiten die Wissenschaftler an kleinen, münzgroßen Batterien, die jedoch in Zukunft skaliert werden sollen, um große Energiemengen aus erneuerbaren Quellen zu speichern. Die Forscher optimieren nun die Zusammensetzung des Elektrolyten, um die Technologie weiter zu verbessern und eines Tages großflächige Speicherlösungen anbieten zu können. Solche Akkus könnten in Zukunft eine stabile Stromversorgung gewährleisten – selbst bei fehlendem Wind oder Sonnenlicht.
