Forschende der TUM verlängern Lebensdauer von Zink-Batterien

Die Forschenden der Technischen Universität München (TUM) entwickelten eine neue chemische Methode für eine bessere Energiespeicherung und konnten die Lebensdauer von Zink-Ionen-Batterien enorm verlängern. Im Zuge der Energiewende und beim Umstieg auf erneuerbare Energien benötigen wir effizientere Methoden zur Speicherung großer Energiemengen. Dieser wichtige Schritt gelang nun den Forschenden der TUM.

Mehr als 100.000 Lade- und Entladezyklen möglich

An der Technischen Universität München (TUM) haben Forschende eine Methode entwickelt, um große Mengen Energie effizient zu speichern. Dadurch konnte die Lebensdauer von wässrigen Zink-Ionen-Batterien enorm verlängert werden. Zuvor waren nur ein paar Tausend Lade- und Entladezyklen möglich, doch mithilfe der neuen Methode seine 100.000 Zyklen realisierbar. Dieser wichtige Schritt war notwendig, da der Umstieg auf erneuerbare Energien nachhaltige und effiziente Speicherlösungen benötigt. Nur so kann die Energiewende erfolgreich vorangetrieben werden.

Funktionsweise: Spezielle Schutzschicht der Zink-Anoden ist die Lösung

Der entscheidende Faktor für die Realisierung ist eine spezielle Schutzschicht für die Zink-Anoden der Batterien. Die Schicht verhindert unerwünschte chemische Reaktionen, Wasserstoffbildung und Korrosion sowie das Wachstum von nadelförmigen Zinkstrukturen (Zink-Dendriten). Hierfür hat das von Prof. Roland A. Fischer geleitete Forschungsteam der TUM School of Natural Sciences besondere Materialien genutzt: ein poröses organisches Polymer namens TpBD-2F. Dieses Polymer entwickelt einen stabilen, sehr dünnen und hochgeordneten Film auf der Zink-Anode. Mithilfe des Films können die Zink-Ionen durch Nano-Kanäle besser fließen und gleichzeitig Wasser von der Anode fernhalten.

Kostengünstiger als Lithium-Ionen-Batterien

Forschende gehen davon aus, dass das Funktionsprinzip der Zink-Batterie mit ihrer speziellen Schicht das Potenzial hat, Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen. Dies liegt vor allem daran, dass sie wesentlich günstiger als herkömmliche Lithium-Batterien sind. Zudem erklärt Da Lei, Doktorand und Erstautor der Forschungsarbeit:

„Zink-Ionen-Batterien mit dieser neuen Schutzschicht könnten Lithium-Ionen-Batterien bei der Speicherung von Energie in großem Maßstab ersetzen – etwa in Kombination mit Solar- oder Windkraftanlagen. Sie halten länger, sind sicherer und Zink ist zudem günstiger und einfacher verfügbar als Lithium.“

Dennoch bleibe Lithium nach wie vor die erste Wahl für mobile Anwendungen wie Elektroautos oder tragbare Endgeräte wie Smartphones. Allerdings machen es höhere Kosten und Umweltbelastungen für den großflächigen Einsatz zur Energiespeicherung weniger attraktiv. Prof. Roland A. Fischer, Inhaber des Lehrstuhls für Anorganische und Metallorganische Chemie an der TUM, betont:

„Das ist ein wirklich spektakuläres Forschungsergebnis. Wir konnten zeigen, dass der von Da Lei erdachte chemische Ansatz nicht nur funktioniert, sondern auch kontrollierbar ist. Als Grundlagenforscher sind wir vor allem an neuen wissenschaftlichen Prinzipien interessiert – und hier haben wir ein solches entdeckt.“

Nichtsdestotrotz ergänzt Fischer auch, dass das Forschungsteam bereits einen ersten Prototyp im Format einer Knopfzelle entwickelt habe. Weiter hieß es, dass er keinen Grund sehe, warum sich die Forschungserkenntnisse nicht auch auf größere Anwendungen übertragen ließen. Nun seien Ingenieure und Ingenieurinnen gefragt, um die Idee zu nutzen und passende Produktionsverfahren zu entwickeln.

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