Von Autos bis hin zu medizinischen Geräten „lebt“ unsere heutige Existenz größtenteils dank Batterien. Die Fähigkeit, Energie effizient zu speichern, ist für den Betrieb von Geräten – von kleinen Geräten bis hin zu großen SUVs – von entscheidender Bedeutung. Daher werden kontinuierlich Anstrengungen unternommen, um die Batterieleistung zu verbessern. Wie sieht die Landschaft der fortschrittlichen Batterietechnologie aus? Welche Fortschritte können wir in naher Zukunft erwarten? Wir werfen einen Blick auf die Innovationen, die Innovation Origins kürzlich hervorgehoben hat.
Sauerstoff-Ionen-Batterien: eine neue langlebige Lösung
Forscher der TU Wien haben eine Sauerstoff-Ionen-Batterie entwickelt, die gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien mehrere Vorteile bietet. Obwohl Sauerstoff-Ionen-Batterien eine geringere Energiedichte aufweisen, kann ihre Speicherkapazität regeneriert werden, was eine längere Lebensdauer ermöglicht. Diese Batterien werden aus nicht brennbaren Materialien hergestellt und benötigen keine seltenen Elemente, was sie zu einer hervorragenden Wahl für große Energiespeichersysteme macht, die elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen speichern. Die Ladezeit ist ein Problem.
Erweiterbare und biologisch abbaubare Batterien für die Gesundheit
Österreichische Forscher der Johannes Kepler Universität haben die erste erweiterbare und biologisch abbaubare Batterie entwickelt. Diese innovative Batterie ist wasserlöslich, zerfällt im Körper leicht und ist für den Einsatz in tragbaren Geräten und medizinischen Implantaten konzipiert. Bestehende Batterien enthalten oft giftige Metalle und sind schwer zu recyceln, aber dieser Fortschritt überwindet diese Einschränkungen durch die Verwendung von Elastomer, Magnesium, Molybdänoxid und biologisch abbaubarem Gel.
Revolutionäre Lasertechnologie für Li-Ionen-Batterien
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik haben zwei revolutionäre Laserproduktionsverfahren entwickelt, die die Energieeffizienz bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien steigern. Das Diodenlasertrocknungssystem reduziert den Energieverbrauch um 50 % und den Platzbedarf im industriellen Maßstab um 60 %. Darüber hinaus erzeugt der Hochleistungs-Ultrakurzpulslaser (USP) Li-Ionen-Autobahnen in der Batterieelektrode und erhöht so die Leistungsdichte und Langlebigkeit.
Verlängern Sie die Batterielebensdauer mit Salzmischungen
Delfter Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, um die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien durch Mischen von fünf Salzen zu verlängern. Dieser innovative Ansatz stabilisiert die gebrochene Elektrolytschicht, verbessert die Batterielebensdauer und bietet Vorteile für die Elektromobilität sowie die kurzfristige Speicherung von Solar- und Windenergie. Forscher untersuchen auch die mögliche Anwendung dieses Elektrolytkonzepts in Natrium-Ionen-Batterien der nächsten Generation, wodurch die Abhängigkeit von Lithium verringert werden könnte.
Bahnbrechende Anodeninnovation für Li-Ionen-Batterien
Forscher von POSTECH und der Sogang University haben ein Anodenmaterial mit hoher Kapazität für Li-Ionen-Batterien entwickelt, das die Reichweite von Elektrofahrzeugen potenziell verzehnfachen könnte. Durch den Ersatz herkömmlicher Graphitanoden durch Siliziumanoden und geschichtete Polymere schufen sie ein stabiles und zuverlässiges Material. Diese Fortschritte könnten der wachsenden Nachfrage nach Hochleistungsbatterien im Elektrofahrzeugsektor gerecht werden und durch den Einsatz von Elektrofahrzeugen zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen.
Salzbatterie zur Speicherung erneuerbarer Energien
Der Maschinenbauingenieur Jelle Houben und sein Kollege Pim Donkers haben ein geschlossenes Kreislaufsystem entwickelt, das Salzpellets zur Speicherung erneuerbarer Energie nutzt. Diese wiederaufladbare Salzbatterie bietet eine längere Lebensdauer und höhere Speicherkapazität als herkömmliche Batterien. Die Technologie funktioniert durch die Umwandlung von Elektrizität in Wärme, die eine Flüssigkeit (Öl oder Wasser) erhitzt, die durch einen Verdampfer mit Salzen fließt, wodurch die Wärme gespeichert und abgegeben werden kann. Diese Salzbatterie könnte die Speicherung erneuerbarer Energien revolutionieren und zu einer erdgasfreien gebauten Umwelt beitragen.
Festkörper-Lithium-Schwefel-Batterien mit langsamem Ladungstransport
Festkörper-Lithium-Schwefel-Batterien bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien das Potenzial für deutlich höhere Energiedichten und mehr Sicherheit. Aber es gibt auch eine Kehrseite. Aktuelle Forschungsergebnisse offenbaren einen bisher übersehenen Engpass bei der Entwicklung von Festkörperbatterien und verdeutlichen die Einschränkungen von Kathodenverbundwerkstoffen aufgrund des langsamen Ionentransports. Die Herausforderung besteht nun darin, eine schnellere Abgabe von Ionen innerhalb des Kathodenverbunds zu ermöglichen. Deutschen Forschern ist es gelungen:
Mehr Energie, eine günstigere und sicherere Festkörperbatterie
Die vom Fraunhofer IKTS in den letzten acht Jahren entwickelte CERENERGY-Technologie stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Batterietechnologie dar. Diese Natrium-Aluminiumoxid-Batterien, auch Natrium-Nickelchlorid-Batterien genannt, verwenden hochreines Aluminiumoxid als wichtigen keramischen Festelektrolyten.
Elestor Wasserstoff-Brom-Durchflussbatterie
Elestor wurde 2014 gegründet und hat eine innovative Durchflussbatterie entwickelt, die Wasserstoff und Brom als aktive Materialien nutzt, die beide auf der Erde in praktisch unbegrenzten Mengen verfügbar sind. Da die Batterie beim Ladevorgang auch Wasserstoff erzeugt, eröffnet das Konzept mehrere neue Möglichkeiten zur Integration von Wasserstoffinfrastruktur und Elektrolyseuren. Damit vereint Elestor zwei Welten der Energiespeicherung: über Batterien und in Form von Wasserstoff.
Abschluss
Aufkommende Batterietechnologien haben großes Potenzial, sich auf verschiedene Branchen auszuwirken, von der Energiewende über Elektrofahrzeuge bis hin zu medizinischen Anwendungen. Da diese Innovationen voranschreiten und allgemein verfügbar werden, können wir erhebliche Fortschritte bei der Energiespeicherung, Effizienz und Nachhaltigkeit erwarten. Der Wettlauf darum, welche dieser Fortschritte letztendlich unsere Zukunft prägen werden, ist eröffnet.
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