Akkutechnologien Zink-Ionen-Batterien – die nächste Energiespeicher-Generation?

Wässrige Zink-Ionen-Batterien ohne jegliche Explosions- oder Brandgefahr – das soll die nächste Generation von Energiespeichern werden. In der renommierten Wissenschaftspublikation Nature Communications hat jetzt ein Team der Universität Bremen beschrieben, welche Herausforderungen es dabei gibt.

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Giorgia Zampardi: forscht zusammen mit Fabio La Mantia an den Energiespeichern von morgen.
Giorgia Zampardi: forscht zusammen mit Fabio La Mantia an den Energiespeichern von morgen.
(Bild: Federico Scarpioni / Universität Bremen)

Die umweltschonende Energieversorgung der Zukunft ist eines der am meisten diskutierten Themen unserer Zeit. Unsere Gesellschaft muss und will unabhängig von fossilen Brennstoffen werden, um die CO₂-Emissionen zu reduzieren und dem Klimawandel zu trotzen. „Grüne Energie“ aus erneuerbaren Quellen wie Windparks und Solarpanelen hat einen beispiellosen Schub erhalten. Aber genauso wichtig wie das „Ernten“ des Stroms ist auch, immer günstigere und umweltfreundlichere Energiespeicher zu entwickeln. Nur damit lässt sich das Stromnetz künftig stabilisieren, weil es vor Stromspitzen oder Stromausfällen geschützt werden muss.

„Leider sind die bereits etablierten Energiespeichertechnologien – wie die weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien – aufgrund der sehr strengen Vorgaben des stationären Energiespeichermarktes in Bezug auf Umweltfreundlichkeit, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit suboptimal“, sagt Professor Fabio La Mantia, Leiter des Fachgebiets „Energiespeicher- und Energiewandlersysteme“ der Universität Bremen. Er forscht mit seinem Team deshalb in eine andere Richtung: „Es gibt eine aufstrebende grüne Energiespeicherungstechnologie, die auf reichlich vorhandenem und günstigem metallischem Zink basiert. Wässrige Zink-Ionen Batterien könnten die aktuellen Probleme lösen!“

Wasserbasierende Technologie eliminiert Gefahren

Weil diese Technologie auf Wasser basiert, wird jegliche Explosions- oder Brandgefahr eliminiert. Darüber hinaus – das lässt schon der Name vermuten – bestehen Zink-Ionen-Batterien hauptsächlich aus metallischem Zink und anderen meist günstigen und ungiftigen Materialien. Dadurch wird nicht nur der finale Preis von grüner Energie reduziert, sondern zugleich auch das Risiko von Umweltverschmutzung vermindert.

Trotz der guten Voraussetzungen ist die wässrige Zink-Ionen-Batterietechnologie aber momentan noch weit entfernt von groß angelegter Kommerzialisierung. Die Forschenden an der Universität Bremen fokussieren sich darauf, die Herausforderungen zu überwinden, um wässrige Zink-Ionen Batterien marktreif zu machen. Die Forschungsgruppe von Fabio La Mantia konzentriert sich dabei auf die Entwicklung von neuartigen zinkbasierten Anoden. Sie sollen die Stabilität und Lebensdauer von Zink-Ionen-Batterien verbessern. Zudem arbeitet die Gruppe an der Entwicklung von günstigen umweltfreundlichen Kathodenmaterialien sowie der Optimierung von wasserbasierten Elektrolyten.

Veröffentlichung in „Nature Communications“

Im Wissenschaftsmagazin „Nature Communications“haben Professor La Mantia und sein Team jetzt die wichtigen Herausforderungen beschrieben, mit denen die Wissenschaftsgemeinschaft bald konfrontiert sein wird, um diese neuartige Batterietechnologie voranzubringen. Zusätzlich haben sie Richtlinien für eine gute experimentelle Praxis entwickelt, damit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt ihre Forschungsbemühungen an die industriellen Standards und Bedürfnisse anpassen können. Fabio La Mantia: „Ziel ist es, die Vermarktung dieser vielversprechenden umweltfreundlichen Batterietechnologie zu beschleunigen.“

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Die Forschungsgruppe „Energiespeicher- und Energiewandlersysteme“

Die Forschungsgruppe „Energiespeicher- und Energiewandlersysteme“ wurde im Juli 2015 im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen in Kooperation mit dem Fraunhofer IFAM ins Leben gerufen. Sie setzt sich aus einer Gruppe junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zusammen, die sich insbesondere mit der elektrochemischen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie befasst und effiziente Methoden zur Energiespeicherung entwickelt. Die Arbeitsgruppe behandelt eine Vielzahl verschiedener Themen im Bereich der experimentellen Elektrochemie, wobei die Versuche durch physikalische Modellierungen unterstützt werden.

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Die Erforschung von wässrigen Zink-Ionen-Batterien in der Forschungsgruppe von Professor La Mantia wird von dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) durch das Projekt „ZIB“ (FKZ 03XP0204A) gefördert.

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