Forschung zeigt Potenzial von Eisen als Kathodenmaterial
Ein Team von Chemieforschern unter der Leitung der Oregon State University hat herausgefunden, dass Eisen anstelle von Kobalt und Nickel als Kathodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden kann. Diese Entdeckung könnte zu einer kostengünstigeren und nachhaltigeren Produktion von Batterien führen.
Vorteile von Eisen als Kathodenmaterial
Prof. Xiulei “David” Ji von der Oregon State University erklärt:
„Wir haben die Reaktivität von Eisen, dem billigsten Metall, transformiert. Unsere Elektrode kann eine höhere Energiedichte bieten als die derzeit besten Kathodenmaterialien in Elektrofahrzeugen.“
Eisen kostet weniger als einen Dollar pro Kilogramm, während Nickel und Kobalt um ein Vielfaches teurer sind. Diese Kostenersparnis könnte die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien deutlich günstiger machen.
Sicherheit und Nachhaltigkeit
Neben den wirtschaftlichen Vorteilen bieten eisenbasierte Kathoden auch größere Sicherheit und Nachhaltigkeit. Der derzeitige Anstieg der Nachfrage nach Nickel und Kobalt hat Bedenken hinsichtlich zukünftiger Engpässe und der ökologischen Auswirkungen dieser Metalle aufgeworfen. Kobalt ist zudem giftig und kann bei unsachgemäßer Entsorgung die Umwelt belasten.
Funktionsweise von Lithium-Ionen-Batterien
Eine Batterie besteht aus zwei Elektroden – Anode und Kathode – sowie einem Separator und einem Elektrolyten, der den Fluss von elektrischen Ladungen ermöglicht. In einer Lithium-Ionen-Batterie bewegen sich Lithium-Ionen durch den Elektrolyten von der Anode zur Kathode während der Entladung und umgekehrt beim Aufladen.
Fortschritte in der Materialforschung
Das Forschungsteam hat die Reaktivität von Eisen durch die Entwicklung einer chemischen Umgebung auf Basis einer Mischung von Fluor- und Phosphatanionen erhöht. Diese Mischung ermöglicht die reversible Umwandlung von Eisenpulver, Lithiumfluorid und Lithiumphosphat in Eisensalze.
„Unsere Materialien brechen die Grenze der Energiedichte für nachhaltigere und kostengünstigere Batterien“,
sagte Ji.
Zukünftige Entwicklungen
Obwohl die Speichereffizienz noch verbessert werden muss, ist Ji zuversichtlich, dass diese Fortschritte bald erzielt werden.
„Wenn in diese Technologie investiert wird, könnte sie schnell kommerziell verfügbar sein“, fügte Ji hinzu. „Eisen, im Gegensatz zu Kobalt und Nickel, muss nicht unbedingt recycelt werden – es rostet einfach, wenn man es vernachlässigt.“
Diese Forschung wurde vom Basic Energy Sciences-Programm des US-Energieministeriums finanziert und von Wissenschaftlern mehrerer Universitäten und nationaler Labore unterstützt.
