Forscher des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des US-Energieministeriums entwickeln neuartige Batterietechnologien, die den Klimawandel auf zweifache Weise bekämpfen: durch die Erweiterung der Nutzung erneuerbarer Energien und die Abscheidung von Kohlendioxid (CO₂) aus der Luft.
Speichern und Umwandeln: Die Funktionsweise der neuen Batterien
Diese Batterien speichern die Energie, die durch Solarzellen oder Windturbinen erzeugt wird. Wenn diese Energie später genutzt wird, erfolgt eine elektrochemische Reaktion, die CO₂ aus industriellen Emissionen in eine feste Form umwandelt. Diese festen Formen haben das Potenzial, in anderen Produkten verwendet zu werden.
Die Forscher am ORNL haben kürzlich zwei verschiedene Batterieformeln entwickelt und getestet, die CO₂ in eine feste Form umwandeln können. Eine dieser neuen Batterietypen hat ihre Kapazität über 600 Betriebsstunden beibehalten und konnte bis zu zehn Stunden Strom speichern. Die Hauptproblematik, eine durch chemische Ablagerungen verursachte Deaktivierung, konnte ebenfalls überwunden werden.
„Kohlenstoffabscheidende Batterien, die zur Speicherung erneuerbarer Energie entwickelt wurden, helfen dem Klima.”
Natrium-CO₂-Batterien: Herausforderungen und Lösungen
Die erste entwickelte Batterie, die Natrium-CO₂-(Na-CO₂)-Batterie, erforderte die Trennung der Elektroden in nasse und trockene Kammern durch einen festen Ionenleiter. Dieses Hindernis verlangsamte den Ionenfluss und reduzierte die Effizienz der Batterie. Ein signifikantes Problem war die Bildung eines Films auf der Elektrode, der die Batterie nach längerer Nutzung deaktivierte. Die Forscher konnten jedoch durch detaillierte Untersuchungen und Anpassungen im Lade-/Entladezyklus diese Deaktivierung verhindern oder die Batterie sogar reaktivieren.
Aluminium-CO₂-Batterien: Längerfristige Energiespeicherung
Ein zweiter Fokus lag auf der Entwicklung der Aluminium-CO₂-(Al-CO₂)-Batterie. Nach Experimenten mit verschiedenen Elektrolytlösungen und Syntheseprozessen wurde eine Batterie geschaffen, die mehr als zehn Stunden Energie speichern konnte. Diese Batterie übertraf die bisherige Al-CO₂-Batterie, die nur acht Stunden getestet wurde, bei weitem und hielt über 600 Stunden ohne Kapazitätsverlust. Zudem konnte sie fast doppelt so viel CO₂ abscheiden wie die Na-CO₂-Batterie.
Zukünftige Entwicklungen und Anwendungen
Während die Al-CO₂-Batterie eine einfache Kammerkonfiguration ohne Barrieren bietet, steht die Herausforderung, sie auf eine skalierbare Größe zu bringen, noch bevor. Die Forscher werden weiterhin die Eigenschaften systematisch untersuchen, um die Lebensdauer zu verlängern und CO₂ effizienter abzuscheiden. Die Na-CO₂-Batterie erfordert die Entwicklung einer sehr feinen, dichten und mechanisch stabilen keramischen Membran, um wettbewerbsfähig zu sein.
Diese innovativen Batterien stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Energiespeicherung und der CO₂-Abscheidung dar. Die Arbeiten werden durch das ORNL Laboratory Directed Research and Development (LDRD)-Programm finanziert.
Quelle: https://www.ornl.gov/news/carbon-capture-batteries-developed-store-renewable-energy-help-climate
