Was ist in der Batteriechemie zukünftig zu erwarten?

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Was ist in der Batteriechemie zukünftig zu erwarten?

Beitragvon dkt » Do 9. Jan 2014, 09:36

Bei dem Versuch, mehr über die anstehende Batterieentwicklung zu erfahren, bin ich bisher auf drei interessante Entwicklungsansätze gestoßen.

1. Feststoffbatterie

Dazu ist seit der Vorstellung des Prototyps von Toyota viel geschrieben und spekuliert worden. Der Batterie wird eine hohe Betriebssicherheit, flexible Zellgeometrie und hohe Energiedichte zugeschrieben. Auch kann man die Brandgefahr nahezu ausschließen.

Doch was verbirgt sich hinter dem Begriff „Feststoff“ an Zellchemie und Struktur?

Dazu ein Zitat:

Ein Schwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt in der Erforschung moderner Feststoffbatterien, insbesondere im Bereich der sogenannten Dünnschichtbatterien: Hierbei werden alle elektrochemisch-aktiven Komponenten der Batterie mit Hilfe einer speziellen Präparationstechnik - dem sogenannten Ionenstrahl-Sputterverfahren - in Form ultradünner Schichten hergestellt. Als Elektrodenmaterialien kommen z.B. Al-Li Legierungen, Graphit, Li-Kobalt-Oxid oder Li-Vanadium-Oxid zum Einsatz. Für die ionenleitenden Schichten werden vorwiegend lithiumhaltige, anorganische Netzwerkgläser verwendet.

Zitat Ende

Quelle dazu:

http://www.uni-muenster.de/Physik.MP/Sc ... erien.html


2. Feststoffbatterie aus dreidimensionalen Feststoffen

Hier geht es darum den Weg der Ionen zu verkürzen um Entlade- und Beladevorgänge schneller zu machen. Auch kann dadurch die Haltbarkeit verlängert werden. Die Kapazität kann damit ebenfalls verbessert werden.

Der Aufbau sieht eine enge räumliche Nähe zwischen Kathode und Anode vor. Damit einher gehen größere Oberflächen.

Dazu ein Zitat:

Beim Solid-State-Akku greifen Anode und Kathode ineinander. Die so erzeugte, größere Oberflächer ermöglicht die Bewegung der Ionen in alle Richtungen bei gleichzeitiger Reduktion des Diffusionswegs. Daraus ergeben sich laut den Erfindern eine höhere Energiedichte, stärkerer Output, kürzere Ladezeiten und eine größere Haltbarkeit der Batterie. Das Feststoff-Elektrolyt fungiert dabei gleichzeitig als elektronischer Insulator und Lithium-Ionen-Leiter.

Eine Kupferschaum-Struktur in der Batterie dient als Stromabnehmer für die negative Elektrode, die selbst in Form einer Beschichtung aufgetragen ist. Gleiches gilt auch für das Elektrolyt, das über einen Elektropolymerisationsprozess als fehlerlose, selbstheilende Schicht angebracht ist. Die Hohlräume werden mit einer kathodischen, gelartigen Substanz aufgefüllt. Prieto gibt an, dass der komplette Herstellungsprozess ohne giftige Stoffe auskommt und als einzige Säure Zitronensäure eingesetzt wird.

Ende Zitat

Quelle dazu:

http://www.xing.com/net/cleanenergy/ene ... h-40903842


3. Lithium Luft Batterie

An der TU Graz gibt es dazu folgendes:

Zitat:

Titancarbid statt Goldkathoden
Das Besondere am Speichersystem Lithium/Sauerstoff ist die sogenannte "Luftelektrode": Üblicherweise wird dafür Kohlenstoff in Form von Ruß verwendet. Mit dieser reagiert der Luftsauerstoff beim Entladen mit Lithium zu Li/O-Verbindungen und wird als Feststoff (vorzugsweise Li2O2) eingelagert. Beim Laden wird der Sauerstoff dann wieder als Gas in die Umgebung abgegeben.
Durch die Reaktion mit Sauerstoff wird aber auch die Kohlenstoffoberfläche angegriffen - eine Nebenreaktion, welche die Wiederaufladbarkeit der Batterie vermindert. Goldkathoden könnten das Problem lösen, sind aber kostspielig. In Kooperation mit der schottischen St. Andrews Universität hat sich der Grazer Batterienforscher Stefan Freunberger vom Institut für Chemische Technologie daher auf die Suche alternativer Materialien begeben und ist bei Titancarbid fündig geworden. Die Ergebnisse wurden in der jüngsten Ausgabe von "Natur Materials" publiziert.
Weiterentwicklung
Das Titancarbid (TiC) sorge für eine "saubere" Zellreaktion und reduziere dadurch die unerwünschten Nebenreaktionen, Energieeffizienz und Lebensdauer würden erhöht, so die Autoren. "Die Batterie kann bei höherer Belastung betrieben werden und gibt weniger Verluste, das heißt, sie erwärmt sich nicht so stark", so Freunberger. Zudem sei das Material viermal leichter, verursache geringere Kosten und sei einfacher herzustellen.

Zitat Ende

Quelle dazu:

http://derstandard.at/1385169548534/Ene ... riekonzept

Wenn ich jetzt ein Fazit versuche zu ziehen, dann würde ich sagen: Nicht nur in den Materialien (Zellchemie) vollzieht sich ein Wandel, sondern vor allem in der Konfiguration und im Zusammenhang mit der Luft, nutzt die Technik dann den Luftsauerstoff von außen, für die chemische Reaktion. Sicherlich ist bis dahin noch ein langer Weg, aber wir brauchen bei diesen Ausblicken, um die Zukunft der Elektromobilität, keine Angst zu haben.
dkt
 
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