Forscher entwickeln kostengünstige und nachhaltige Aluminium-Ionen-Batterien für die Energiespeicherung.
Aluminium-Ionen-Batterien als Alternative zu Lithium-Ionen
Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen) sind weit verbreitet, insbesondere in Elektrofahrzeugen und elektronischen Geräten, da sie eine hohe Energiedichte bieten. Allerdings haben diese Batterien auch Schwächen: Lithium ist teuer, und die Entzündbarkeit der Batterien birgt Sicherheitsrisiken. Für großflächige Energiespeicherung – wie bei Solar- und Windkraftanlagen – sind daher sicherere und kostengünstigere Alternativen notwendig.
Eine Lösung könnten Aluminium-Ionen-Batterien (Al-Ionen) sein. Aluminium ist preiswert und reichlich vorhanden. Dennoch haben frühere Designs mit flüssigen Aluminiumchlorid-Elektrolyten Schwächen gezeigt: Korrosion der Aluminium-Anode und Instabilität bei Feuchtigkeit führten zu einer begrenzten Lebensdauer und Leistung.
Innovative Verbesserungen für Al-Ionen-Batterien
Ein Team um Wei Wang und Shuqiang Jiao hat nun ein neues Batterie-Design entwickelt, das diese Probleme adressiert. Sie ersetzten den flüssigen Elektrolyten durch einen festen Aluminiumfluorid-Salz-Elektrolyten mit einer 3D-porösen Struktur. Diese Struktur ermöglicht den Aluminium-Ionen einen leichteren Transport, was die Leitfähigkeit erhöht.
Zusätzlich verwendeten die Forscher ein Additiv – Fluorethylenkarbonat – um eine dünne Schutzschicht auf den Elektroden zu bilden. Diese Schicht verhindert die Bildung von Aluminiumkristallen, die die Batterielebensdauer verkürzen könnten.
Herausragende Leistung und Nachhaltigkeit
Das neue Design bietet beeindruckende Ergebnisse:
- Extrem lange Lebensdauer: Nach 10.000 Ladezyklen ging weniger als 1 % der Kapazität verloren.
- Hohe Stabilität: Die Batterie widersteht Feuchtigkeit, hält Temperaturen bis 200 °C stand und bleibt auch bei physischen Belastungen wie scharfen Stichen stabil.
- Recyclingfähig: Der Großteil des Aluminiumfluorids kann durch einfaches Waschen zurückgewonnen und für neue Batterien wiederverwendet werden.
Potenzial für die Zukunft
Diese Entwicklungen könnten Aluminium-Ionen-Batterien zu einer praktikablen Alternative für großformatige Energiespeicherung machen. Sie bieten hohe Sicherheit, lange Lebensdauer und geringere Kosten. Allerdings sehen die Forscher noch Raum für Verbesserungen bei Energiedichte und Lebenszyklus, bevor eine Kommerzialisierung realistisch wird.