Batterieforschung – zehnfach höhere Kapazität auf Fluoridbasis

Quelle: pixabay.com

Batterien auf Fluoridionenbasis konnten bisher nicht bei Raumtemperatur verwendet werden, sondern erst ab 150 ° C. Da mehrere Elektronen pro Metallatom übertragen werden können, ermöglicht dieses Konzept außergewöhnlich hohe Energiedichten – bis zu zehnmal so viel wie bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Hierbei dienen das Metallfluoride als Batteriekathode, die eine Ladung durch einen Festelektrolyten mit einer Anode des Metallcers austauschen kann. Dies würde ermöglichen, dass Metallfluoridbatterien zukünftig bei einem geringeren Gewicht der Batterie wesentlich mehr Leistung bereitstellen. Über zehnmal höhere Energiedichten könnten die Last beispielsweise in Elektrofahrzeugen deutlich reduzieren und die Reichweite erhöhen. Bis dahin sind jedoch noch einige Hürden zu überwinden.

Ihr alltäglicher Einsatz kam bisher nicht in Frage, weil Fluorid-Ionen bisher nur in Form von Feststoff-Elektrolyten bekannt waren, die erst ab 150 ° C genügend Elektrizität freisetzen – was für die große Mehrheit der Anwendungen unpraktisch ist.

Mittlerweile ist ein bemerkenswerter Durchbruch gelungen: So wurde ein flüssiges, leitfähiges Medium gefunden bei dem die Flurid-Ionen bei Raumtemperatur zwischen den Elektroden fließen. Die Lösung besteht aus zwei Komponenten: Ether und Fluoridsalz. Diese Medium aus Ehter und Fluoridsalz kann große Fluoridkonzentrationen auflösen, das Ion hat eine gute Leitfähigkeit bei Raumtemperatur und auch bei hohen Spannungen wird es nicht zersetzt.

Beschichtungsstrick für die Elektrode

Der Schlüssel zur Verwendung dieser Lösung ist jedoch das Beschichten des Kupferkerns der Elektroden mit Lanthantrifluorid, ohne diese Beschichtung würde sich der Kupferkern auflösen. Diese Beschichtung verhindert die Zersetzung des Ethers, bei gleichzeitiger Durchlässigkeit für Fluoridionen. Bei der Ladung von Kupfer wird Kupferfluorid gebildet, bei der Entladung wird der Prozess umgekehrt und Strom wird freigesetzt.

Den beteiligten Forschern zufolge erreichten die anfänglichen Testzellen sieben Lade- und Entladezyklen. Für den Einsatz in Geräten sollte diese Zeit jedoch auf 1.000 oder mehr Zyklen erhöht werden. Es kann noch einige Jahre dauern, bis wirklich verwendbare Fluoridionenbatterien auf den Markt kommen.

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