Billige und umweltfreundliche Akkus für Elektroautos
Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) und kleine komplett elektrische Fahrzeuge (EV) sind zunehmend gefragt und die Massenmarkteinführung wird für die nächsten 10 bis 15 Jahre erwartet. Mit der führenden handelsüblichen Batterietechnologie auf Basis von Nickel-Metall-Hydrid (NiMH) können die Anforderungen an immer höhere Leistungs- und Energiedichten nicht erfüllt werden. Innovative Lösung sind gefragt. Mit dem EU-geförderten Projekt POLYZION ("Fast rechargeable zinc-polymer battery based on ionic liquids") sollen Probleme mit Zink (Zn)-Akkus angegangen werden, um bessere, schnell aufladbare Batterien für Elektroautos und Hybridfahrzeuge zu erhalten. Die beiden wichtigsten Herausforderungen bestanden darin, unkontrollierte Kristallisation auf den Elektroden (dendritisches Wachstum), die zu Kurzschlüssen führt, sowie die Wasserstoffgasentwicklung während der Ladung/Entladung zu vermeiden. Die Verwendung einer neuen Klasse von billigen, robusten und umweltfreundlichen ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyt oder Ladungsträger würde die Wasserstoffgasentwicklung vermeiden, indem die wässrigen Elektrolyte, die diese verursachen, beseitigt werden. Basierend auf Untersuchungen zu diesen Flüssigkeiten entwickelten die Wissenschaftler ein reversibles und stabiles Redoxpaar (im Wesentlichen Elektronentransfer) für sekundäre (wieder aufladbare) Zn-Elektroden. Mithilfe von ultraschnellen Pulstechniken für die Elektrotauchbeschichtung von nanostrukturiertem Zink während des Ladezyklus wurden die Morphologie der Nanokristalle kontrolliert und Kurzschlüsse minimiert. Die Wissenschaftler entwickelten außerdem neuartige leitende Polymerelektroden, die das Gesamtgewicht reduzieren und eine Membran zur Trennung der beiden Hälften der Batteriezelle überflüssig machen. Sie vereinten die vielversprechenden Elektroden aus Zink und leitendem Polymer in einer wieder aufladbaren Zelle mithilfe von ionischen Flüssigkeiten. Obwohl die Wissenschaftler die vielversprechenden Laborergebnisse der chemischen Zusammensetzung der Batteriezelle in Prototypentests innerhalb der Projektlaufzeit nicht replizieren konnten, waren die Ergebnisse vergleichbar mit der Leistung von Blei-Säure-Batterien. Daher könnte die wieder aufladbare Zink-Batterie eine kostengünstige und umweltfreundliche Alternative zu Säure-Batterien darstellen. Die Projektergebnisse könnten als Fundament für andere Kooperationsprojekte dienen, nicht nur für die Batterieentwicklung, sondern in allen Bereichen mit Bezug zu IF und leitenden Polymeren. Solche innovativen Technologien sind von großem Interesse für flexible Elektronik und Solarzellen.
