Fortschritte auf dem Weg zu Kalium-Ionen-Batterien

Alternative Batterietechnologien sind entscheidend für den grünen Wandel

10.07.2025

Kalium-Ionen-Batterien könnten eine höhere Energiedichte haben als Natrium-Ionen-Batterien. Dies ist wichtig für die Energiespeicherung in großem Maßstab, z. B. für erneuerbare Energien.

In einer in der Zeitschrift Science and Technology of Advanced Materials veröffentlichten Übersichtsarbeit haben Forscher einen Überblick über die Batterietechnologien gegeben, die für einen nachhaltigen grünen Übergang von entscheidender Bedeutung sein werden. Eunho Lim und Kollegen von der koreanischen Dongguk-Universität erörtern die jüngsten Fortschritte und Herausforderungen und weisen auf den Forschungsbedarf für die Entwicklung einer Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien hin.

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien in der Elektronikrevolution von unschätzbarem Wert sind - sie treiben Laptops, Smartphones, Elektrofahrzeuge und vieles mehr an -, steht ihr zunehmender Einsatz vor einer entscheidenden Herausforderung. Lithium ist keine alltägliche Ressource. Die steigende Nachfrage hat es zu einer hochwertigen, strategischen Ressource gemacht, und es wird erwartet, dass der grüne Wandel die Nachfrage noch weiter steigern wird.

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Eine Alternative besteht darin, Batterietechnologien zu entwickeln, die auf einem häufiger verwendeten Material basieren. Natrium-Ionen-Batterien sind eine Option, und die Technologie steht kurz vor der Markteinführung. Kalium-Ionen-Batterien wären jedoch noch besser, da sie eine höhere Energiedichte aufweisen könnten, was für die Energiespeicherung in großem Maßstab, beispielsweise für erneuerbare Energien, besonders wichtig ist.

"Kalium-Ionen-Batterien entwickeln sich aufgrund des reichlich vorhandenen und kostengünstigen Kaliums zu einer praktikablen Alternative, aber um ihr Potenzial zu nutzen, müssen fortschrittliche Anodenmaterialien entwickelt werden, die auf die einzigartigen Eigenschaften von Kalium-Ionen zugeschnitten sind", erklärt Lim.

Professor Lims Bericht befasst sich mit der Forschung, die erforderlich ist, um das Potenzial von Kalium-Ionen-Batterien zu nutzen. Das Papier untersucht systematisch die Stärken und Schwächen verschiedener Anodenmaterialien und die elektrochemischen Mechanismen, auf denen sie beruhen würden. Außerdem werden Strategien zur Überwindung der Schwächen jedes Ansatzes sowie die Kompromisse zwischen Leistung und Stabilität aufgezeigt. Ein wichtiger Punkt ist das Zusammenspiel von elektrochemischen Parametern und physikalischen Strukturen bei der Bestimmung der Kapazität und Langlebigkeit von Kalium-Ionen-Batterien. Auf der Grundlage dieses Überblicks zeigt das Team Wege für die künftige Forschung auf, um die Kalium-Ionen-Batterietechnologie voranzubringen.

Lim plant, auf diesen Grundlagen aufzubauen und neue Materialien zu entwickeln, die das Versprechen von Kalium-Ionen-Batterien einlösen und gleichzeitig deren Grenzen umgehen können. "Meine Forschung wird sich auf die Entwicklung kostengünstiger, leistungsstarker und sicherer Anodenmaterialien für Kalium-Ionen-Batterien konzentrieren", sagt er. Er plant auch, fortschrittliche Charakterisierungstechniken einzusetzen, um einige der grundlegenden Phänomene zu untersuchen, die in den Batteriematerialien ablaufen. "Das Verständnis dieser Mechanismen wird für die Optimierung des Materialdesigns und der Elektrodenarchitektur entscheidend sein.

"Letztendlich", sagt er, "ist es mein Ziel, zur Kommerzialisierung von Kalium-Ionen-Batterien beizutragen, indem ich Materialien entwickle, die mit der Leistung aktueller Lithium-Ionen-Batterieanoden mithalten oder sie sogar übertreffen können."

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Originalveröffentlichung

Jeseon Lee, Juyeon Lee, Eunho Lim; "Recent progress and challenges in potassium-ion battery anodes: towards high-performance electrodes"; Science and Technology of Advanced Materials, Volume 26, 2025-7-4

https://www.chemie.de/news/1186658/fortschritte-auf-dem-weg-zu-kalium-ionen-batterien.html