Neue Chemie für wiederaufladbare Zinkluftbatterien
Zink-Luft-Batterien sind sehr kleine Energiespeicher, aber sie bieten Raum für Verbesserungen - zum Beispiel sind sie normalerweise nicht wiederaufladbar. Jetzt hat ein Wissenschaftlerteam unter der Leitung der Universität Münster eine neue chemische Zusammensetzung entwickelt, die diesen Batterietyp effizienter und wiederaufladbarer macht.
Im Gegensatz zu den meisten Batterien, bei denen sich alle wichtigen Komponenten in der Zelle befinden, sind Zinkluftbatterien auf Sauerstoff aus der Umgebungsluft angewiesen.
In gewisser Weise "atmen" sie Sauerstoff, der mit der Kathode interagiert und Moleküle erzeugt, die den pastösen alkalischen Elektrolyten durchqueren und mit der Zinkanode reagieren, um elektrischen Strom zu erzeugen.
Das Problem ist, dass die Zinkanode nach der Oxidation „verbraucht“ ist und die Batterie nicht wiederaufladbar ist. Bei einigen Konstruktionen wird dies umgangen, indem Zinkkomponenten ersetzt werden oder Katalysatoren auf der Basis von Seltenerdmineralien verwendet werden, um sie wiederaufladbar zu machen. Dies erfordert jedoch zusätzliche Kosten und Komplikationen.
Jetzt haben Ingenieure einen neuen Elektrolyten entwickelt, mit dem Zink-Luft-Batterien wiederaufladbar werden können. Anstelle der pastösen Konsistenz der meisten Elektrolyte in diesem Batterietyp sind sie im neuen Design flüssiger. Es basiert auf einem Zinktrifluormethansulfonatsalz, das es nicht alkalisch macht, was laut Wissenschaftlern den Elektrolyten chemisch stabiler macht - und vor allem reversibel (d. H. Wiederaufladbar).
„Unser innovativer nichtalkalischer Elektrolyt bringt eine bisher unbekannte reversible Zinkperoxid (ZnO2) / O2-Chemie in die Zinkluftbatterie“, sagt Wei San, Hauptautor der Studie.
"Die Zink-Luft-Batterie ist eine potenzielle Alternative zur Lithium-Ionen-Technologie mit den Vorteilen, umweltfreundlich, sicher und kostengünstig zu sein."
Die Forscher sagen, dass die neuen Batterien weiterhin über 320 Zyklen und 1600 Betriebsstunden halten. Dies liegt zum Teil daran, dass die wasserabweisenden Anionen im Elektrolyten Wasser von der Kathodenoberfläche fernhalten, wodurch es stabiler wird.
Dies ist eine interessante Entwicklung, aber Experten geben zu, dass das Design noch weit vom praktischen Gebrauch entfernt ist. Und dies ist nur eine Möglichkeit, Zink-Luftbatterien wiederaufladbar zu machen - andere Studien haben teure Seltenerdkatalysatoren durch häufigere Elemente wie Eisen, Kobalt und Nickel ersetzt.
Die Forschung wird in der Zeitschrift Science veröffentlicht.