Alternative Energiematerialien

Der Forschung an alternativen Speicherkonzepten zur Lithium-Ionen-Technologie widmet sich dieser Kompetenzbereich des MEET Batterieforschungszentrums. Unsere Wissenschaftler*innen legen ihren Fokus neben möglichen zukünftigen Speichersystemen auch auf neuartige Materialklassen. Einen Schwerpunkt bildet die Forschung an Dual-Ionen-Batterien und Kalium-Ionen-Batterien sowie an neuartigen Materialklassen wie metallorganischen Gerüstverbindungen und hochleitfähigen MXenen.

Weltweit führend in Forschung zu Dual-Ionen-Batterien

© 2017 The Royal Society of Chemistry

Mit aktuell mehr als 30 Publikationen und zwei Patenten zur Dual-Ionen-Batterien ist das MEET Team eine der weltweit führenden Gruppen in diesem Themenbereich. Der wesentliche Unterschied zur Lithium-Ionen-Batterie besteht im Lade- und Entlademechanismus der Technologie: Anstelle nur einer Sorte von Ionen – der Lithium-Ionen – sind bei der Dual-Ionen-Batterie auch die Elektrolyt-Anionen an der Energiespeicherung beteiligt. Der Elektrolyt fungiert bei der Dual-Ionen-Zelle somit als Aktivmaterial.

Zu den Vorteilen der Dual-Ionen-Technologie zählt, dass auf den Einsatz umweltschädlicher und teurer Metalle wie Nickel oder Kobalt verzichtet werden kann. Den kommerziellen Durchbruch verhindert derzeit noch die Energiedichte, die nicht mit der der Lithium-Ionen-Batterien mithalten kann. Ziel der Forschung ist es deshalb, neue nachhaltige Materialien mit verbesserter Energieperformanz für die Dual-Ionen-Technologie zu identifizieren, zu entwickeln und zu charakterisieren.

Neuartige Materialklassen für Batterieinnovationen

Rasterelektronenmikroskopie-Aufnahme einer metallorganischen Gerüstverbindung „Zr-MOF-525-Cu“
© WWU/MEET

Metallorganische Gerüstverbindungen, an denen die MEET Wissenschaftler*innen forschen, besitzen extrem große Oberflächen auf oftmals sehr kleinen Volumina, was für die Leitfähigkeit vorteilhaft sein kann. Diese – in der Batterieforschung – relativ junge Materialklasse wird beispielsweise als Elektrodenmaterial in Batterien untersucht.

Die neuartige Materialklasse der MXene umfasst hochleitfähige Materialien mit hydrophiler Oberfläche. Sie speichern ihre Energie in Form von chemischen Bindungen an ihren Oberflächen, was dazu führen soll, dass sie eine hohe Energiedichte bei hoher Schnelladefähigkeit ermöglichen. Ansätze wie diese untersucht das Team am MEET Batterieforschungszentrum und treibt sie voran.