Australische Forscher: Ersatz für Lithium-Ionen Batterien auf der Spur

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Wollongong – Die weit verbreiteten Lithiumionen-Batterien werden in vielen Anwendungsbereichen wie Handys oder Elektroautos eingesetzt, sind aber auch umstritten. Auf der Suche nach Alternativen und neuen Batterietypen sind australische Forscher einen Schritt weiter gekommen.

Ein Team von australischen Wissenschaftlern hat einen nicht brennbaren Elektrolyten für Kalium- und Kaliumionen-Batterien entwickelt. Dieser Batterietyp wird als möglicher Ersatz für die umstrittene Lithium-Speichertechnologie gehandelt. Die neue Entwicklung könnte sich als eine wichtige Voraussetzung und ein Meilenstein in der Batterieforschung entpuppen.

Alternativen zu Lithiumionen-Batterien gesucht
Lithiumionen-Batterien sind zwar auf dem Speichermarkt dominant, haben aber auch einige Nachteile wie zum Beispiel hohe Kosten sowie die bekannten Umweltprobleme. Auch der brennbare Elektrolyt macht die Lithium-Batterie unsicher. Batterien auf Kaliumbasis sind einerseits eine Alternative, weil Kaliumionen reichlich verfügbar sind und prinzipiell gute Batterieeigenschaften haben. Aber auch bei diesem Batterietyp fehlten bisher nichtbrennbare Elektrolyten. Genau hier findet ein australisches Forscherteam eine Lösung auf der Basis eines Brandschutzmittels.

Batterieforschung: Neuer Elektrolyt für Kaliumionen-Batterien liefert stabile Lade- und Entladezyklen
In der Zeitschrift für Angewandte Chemie haben die Materialwissenschaftlerin Zaiping Guo und ihr Team von der University of Wollongong einen neuartigen Phosphat-Elektrolyten für Kalium- und Kaliumionen-Batterien auf der Basis des Brandschutzmittels Triethylphosphat als Hauptbestandteil vorgestellt. Zwar wurde das Lösungsmittel auch schon in Lithiumionen-Batterien getestet, aber es waren zu hohe Salzkonzentrationen notwendig, der Elektrolyt ließ sich nicht verdünnen. Im industriellen Maßstab eignen sich aber nur verdünnte Elektrolyte.

Mit dem Einsatz von Kaliumsalzen konnten die Wissenschaftler die Konzentration jedoch reduzieren. Für die Kalium- und Kaliumionen-Batterien stellten sie einen Triethylphosphat-Kaliumsalz-Elektrolyten her, der nicht brannte und bei Konzentrationen von 0.9 bis 2 Mol pro Liter stabile Lade- und Entladezyklen ermöglichte. Solche Konzentrationen sind für technische Anwendungen wie als Stromspeicher im Netzbereich interessant.

Elektrolyt für Kalium-Batterien: Hohe Leistung durch feste leitfähige Schichten
Die hohe Leistung ging nach Angabe der Autoren auf die Ausbildung einer gleichmäßigen festen leitfähigen Schicht an der Elektrode zurück. Die Schicht beobachteten sie nur mit dem neuen Phosphat-Elektrolyten. Herkömmliche Carbonat-Elektrolyten konnten diese Schicht nicht aufbauen. Der Phosphat-Elektrolyt blieb auch während wiederholter Zyklen stabil. Unter den gleichen Bedingungen zersetzte sich dagegen der konventionelle Carbonat-Elektrolyt. Wie Guo und ihr Team berichten, könnten Kaliumionen-Batterien der nächsten Generation durch neuartige Phosphat-Elektrolyten sicherer werden. Solche Elektrolyte auf der Basis von Flammschutzmitteln könnten weiterentwickelt und in die Konstruktion anderer nicht brennbarer Batteriesysteme eingehen, so das Forscherteam.