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Zinkelektroden für wiederaufladbare Batterien

Im Labor erfolgreich getestet

Justus-Liebig-Universität Gießen

Batterien mit Zinkelektroden sind bereits seit längerem bekannt. Eine wirtschaftlich besonders interessante Untergruppe sind Zink-Sauerstoff-Batterien. Diese besitzen eine mehr als dreifach höhere theoretische spezifische Energiedichte als herkömmliche Lithiumionen-Batterien. Die derzeit erreichten Zyklenzahlen für das vollständige elektrische Entladen und Laden von Zink-Luft Batterien reichen aber bei weitem nicht an die Zyklenzahlen von Lithiumionen-Batterien heran. Im Allgemeinen führen Degradationsvorgänge, wie bspw. die irreversible Formveränderung der Anode oder Dendritenbildung an der Anode zur Verminderung der erreichbaren Lade- und Entladezyklen.

Die neu entwickelte Zinkanode ist zum Schutz gegen diese Formveränderung mit einem Anionentauscher ummantelt sodass sich das beim Entladen einer Zink-Anode entstehende Zinkat nicht im Elektrolyt lösen kann und somit für das sich anschließende Aufladen der Anode direkt an Ort und Stelle wieder zur Verfügung steht. Sie ist neben der Verwendung in Zn-Sauerstoff-Batterien auch für Ni-Zn-Batterien geeignet.

Anwendungsfelder

Das Anwendungsfeld dieser verbesserten Zinkelektrode liegt im Bereich der Energiespeicherung. Dadurch dass das eingesetzte Schutzkonzept die Zink-Anode wesentlich stabiler beim Zyklisieren werden lässt, ist sie insbesondere für die Verwendung in wiederaufladbare Batterien attraktiv. Ihre Vorteile hinsichtlich der hohen Speichdichte kann die Anode insbesondere im Bereich der Klein-Elektronik oder aber der Elektromobilität ausspielen.

Ihr Einsatz ist jedoch nicht nur darauf beschränkt. Durch die verbesserte Haltbarkeit und der daraus resultierenden kompakteren Bauweise, eignet sie sich für die Verwendung in jeder Art von mobilen Energiespeichern, die Zink als Aktivmaterials einsetzen.

Vorteile gegenüber dem Stand der Technik

Die Erfindung soll gewährleisten, dass das beim Entladen einer Zink-Anode entstehende Zinkat sich nicht im Elektrolyt lösen kann und somit für das sich anschließende Aufladen der Anode direkt an Ort und Stelle wieder zur Verfügung steht, um zurück zu Zink umgewandelt zu werden. Das derzeit größte Problem für das elektrische Wiederaufladen von Zink-Anoden („shape change“) kann somit in besonderem Maße verringert werden. Damit kann eine höhere Haltbarkeit d.h. eine höhere Zyklen-Stabilität der Zinkanode erreicht.

Stand der Produktentwicklung

© Daniel Stock und Daniel Schröder

Die neuartige Zink-Elektrode konnte in Laborversuchen mit verschiedenen Anionentauschermaterialien erfolgreich getestet werden. Dabei wurde bereits jetzt im Vergleich zu einem reinen Zink-Draht eine Verdopplung der Haltbarkeit erreicht (siehe Abbildung). Zurzeit wird für einen Prototypen an einer Optimierung der Materialauswahl für den Anionentauscher gearbeitet.

Kooperationsmöglichkeiten

Die TransMIT GmbH sucht im Auftrag der Justus-Liebig-Universität Gießen Kooperationspartner oder Lizenznehmer für den Vertrieb/die Weiterentwicklung in Deutschland, Europa, den USA und in Asien.

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