Aluminium und Schwefel: Robuste, billige Akkus für die Stromnetze

Christian Kahle, 25.08.2022 14:12 Uhr 12 Kommentare
Für die Stromnetze werden zukünftig auch große Batterien benötigt, die als Puffer-Speicher agieren. Die heutigen Lithium-Ionen-Akkus sind in dem benötigten Maßstab schlicht zu teuer - Forscher wollen hier nun aber eine weitere Lösung gefunden haben. Grundsätzlich gilt natürlich: Keine einzelne Technologie wird jedes Problem hinreichend abdecken können. Daher werden zukünftig vielfältige Formen der Energieerzeugung und auch unterschiedlichste Speicherformen im Einsatz sein. Im Zusammenspiel aller Formen ist es dann problemlos möglich, die gesamte Energieversorgung auf erneuerbare Quellen zu stützen.

Klar ist dabei, dass im Speicher-Segment große Batterien, die binnen Sekundenbruchteilen in der Lage sind, Strom in die Infrastruktur einzuspeisen, benötigt werden. Erste Ansätze hierzu gibt es durchaus mit der klassischen Lithium-Ionen-Technologie - die aber eben nur zu einem vergleichsweise hohen Preis zu haben ist. Forscher am MIT haben gemeinsam mit Kollegen nun aber eine Alternative entwickelt, die aus preiswerteren und in großer Menge verfügbaren Materialien besteht.


Die Kernkomponenten der Akku-Technologie sind dabei Aluminium und Schwefel. Die zwei Elektrodenmaterialien werden mit einem geschmolzenen Salzelektrolyt dazwischen verwendet. Dies beschreiben die Wissenschaftler in einem Paper, das sie im renommierten Journal Nature veröffentlicht haben. Beteiligt waren daran auch Forscher anderer US-Universitäten, aus Kanada und aus China.

Billig und robust

"Die Zutaten sind billig, und die Sache ist sicher - sie kann nicht brennen", erklärte Projektleiter Donald Sadoway. In ihren Experimenten zeigte das Team, dass die Batteriezellen hunderte von Zyklen bei außergewöhnlich hohen Ladegeschwindigkeiten aushalten können. Die Kosten pro Zelle betragen nur etwa ein Sechstel von Lithium-Ionen-Zellen. Die konkrete Ladegeschwindigkeit hängt dabei von der Temperatur ab: Bekommt man die Batterie auf 110 Grad Celsius, lässt sie sich 25-mal schneller aufladen als bei 25 Grad Celsius.

Das liegt an dem Salz-Elektrolyt, das sich mit steigender Temperatur verflüssigt und dann bessere Eigenschaften hervorbringt. Praktischerweise entstehen die Temperaturen aufgrund der elektrochemischen Vorgänge sowohl beim Laden als auch beim Entladen, sodass die Batterien nicht einmal eine Heizung benötigen, wenn sie beispielsweise nur den tagsüber entstandenen Solarstrom in der Nacht bereitstellen sollen.

Und es bringt noch einen weiteren Vorteil mit: Das ausgewählte Chloraluminatsalz sorgt auch dafür, dass die gefürchteten Dendriten nicht entstehen. Dabei handelt es sich um Metall-Nadeln, die bei hoher Last auf den Elektroden wachsen und irgendwann zum Kurzschluss in der Zelle führen können. "Wir haben Experimente mit sehr hohen Ladegeschwindigkeiten durchgeführt und in weniger als einer Minute aufgeladen, und wir haben nie Zellen aufgrund von Dendritenkurzschlüssen verloren", so Sadoway.

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