Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Die ambitionierte Zielsetzung der Bundesregierung, die Energiewende umzusetzen, verlangt in vielen Bereichen nach Innovationen, insbesondere bei den Energiespeichertechniken. Hier sind kostengünstige Batterien mit langer Lebensdauer und praktisch unbegrenzt verfügbaren Elektrodenmaterialien (z. B. Zn, Al, Si, Mg, Na) dringend notwendig. Ohne Speicher ist die Umsetzung der Energiewende technisch nicht möglich. Neben den herkömmlichen klassischen (Pb-Batterie) und fortschrittlichen Systemen (wie Li-Ion, Na/S oder Redox-Flow) werden vor allem in den nächsten Jahren die Metall-Luft-Systeme eine herausragende Rolle als elektrochemische Speicher einnehmen.

Das Ziel des Projekts ist, eine völlig neue Zn/Luft-Zelle zu entwickeln mit einem auf ionischen Flüssigkeiten basierenden Elektrolyten und an ihn angepasste Elektroden, die eine wesentlich höhere Lebensdauer als heutige Lösungen aufweisen.

Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Ein wesentlicher Ansatz zur Überwindung der bisherigen technischen Schwierigkeiten − besonders der Lebensdauer − ist die Einführung eines grundsätzlich neuen Elektrolytsystems. Insofern sollen sich die Arbeiten in diesem Projekt vor allem auf den Einsatz von ionischen Flüssigkeiten und insbesondere deren Mischungen mit Wasser oder organischen Lösemitteln konzentrieren. Diese weisen einen sehr niedrigen Dampfdruck auf, sind in der Regel Kohlendioxid-unempfindlich, nicht-toxisch und verfügen je nach System bzw. Mischung über ein breiteres elektrochemisches Potentialfester als herkömmliche alkalische Systeme.

Diese neuartigen Elektrolyte eröffnen vor allem in Bezug auf die Auswahl der Elektrodenmaterialien ganz neue Perspektiven. So können sie aufgrund ihrer Grenzflächeneigenschaften über die Bildung von Passivschichten die Korrosion reduzieren und dadurch wesentlich zur Steigerung der Lebensdauer der Zelle beitragen. Dieser neue Lösungsansatz wird dem klassischen alkalischen Elektrolyten und einem seit kurzem ebenfalls untersuchten neutralen Elektrolytsystem gegenübergestellt. Die Arbeiten werden sich im Wesentlichen auf ruhende Elektrolyte konzentrieren. Um das ganze Potenzial der neuen Elektrolyte auszuloten, sollen jedoch auch Untersuchungen mit umgepumpten Elektrolyten durchgeführt werden. Dabei ist die Einführung eines neuen Elektrolyten aus Zellsicht keine „Drop-in“-Lösung, vielmehr müssen die anderen Zellkomponenten, hauptsächlich die negative (Zn) und positive (Luft) Elektrode, an den Elektrolyten angepasst werden.

Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Die gewonnenen Ergebnisse sollen auf zwei Ebenen verwertet werden. Primär werden die Ergebnisse in Statusberichten und wissenschaftlichen Publikationen zusammengefasst und sollen den im Projekt beteiligten Doktoranden als Grundlage ihrer Dissertationsschrift dienen. Alle Ergebnisse werden zeitnah in referierten Fachzeitschriften publiziert und stehen somit der Allgemeinheit zur Verfügung.

Sekundär sollen die Projektstrukturen, u. a. in Form von gegenseitigen Laborbesuchen und gemeinsamen methodischen Weiterentwicklungen, dazu verwendet werden, den Forschungsstandort Deutschland im Bereich der Materialforschung zu stärken und den wissenschaftlichen Austausch der beteiligten Institutionen zu fördern. Durch die Einbindung von Doktoranden und Studenten in dieses Forschungsvorhaben wird der wissenschaftliche Nachwuchs gefördert und dem Mangel an Fachkräften auf dem Gebiet der Materialforschung für eine nachhaltige Energietechnik entgegengewirkt. Und schließlich wird mit den vorzulegenden Projektergebnissen der Industrie richtungsweisendes Grundlagenwissen für die eigenen diesbezüglichen Aktivitäten an die Hand gegeben.

Die F&E-Aktivitäten im Rahmen dieses Vorhabens werden zu einer Erweiterung der Kompetenz und des Know-hows der beteiligten Einrichtungen auf dem Gebiet der Metall-Luft-Batterien führen. Darüber hinaus können die neuen Erkenntnisse in die Lehre der am Projekt beteiligten Wissenschaftler an Hochschulen und Weiterbildungskursen eingehen.

Die aussichtsreichsten gefundenen Materialien und Zellsysteme werden in Anschlussprojekten gemeinsam mit der Industrie in den am besten geeigneten Anwendungsfeldern (stationäre und mobile elektrische Energiespeicher) weiterentwickelt.

Zusätzlich wird durch den Zinc/Air Secondary Battery Workshop ein Diskussionsforum für das Zink-Luft-System geschaffen.

Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Luft

Anwendungsfelder

noch nicht vorhersehbar

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung, Industrie

Verbundprojektleiter

Herr Prof. Dr. Frank Endres
Technische Universität Clausthal
Institut für Elektrochemie
Arnold-Sommerfeld-Str. 6
38678 Clausthal-Zellerfeld

Telefon: +49 5323 72-3141
Fax: +49 5323 72-2460
E-Mail: frank.endres@tu-clausthal.de

Pressekontakt

kein Pressekontakt