Forschungszentrum Jülich
Am Forschungszentrum Jülich wurde kürzlich der neue Institutsbereich "Grundlagen der Elektrochemie" am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9) ins Leben gerufen. In dem neu gegründeten Institutsbereich sollen die in Silizium-Luft-Batterien eingesetzten Werkstoffe weiter optimiert werden, um diesen neuartigen Batterietyp bis zur Marktreife hin weiterzuentwickeln.
Die Energiedichte von Silizium-Luft-Batterien ist mit über 1000 Wh/kg mehr als fünfmal höher als die von gegenwärtigen Lithium-Ionen-Batterien, heißt es aus Jülich. Das Speicherpotenzial sei damit vergleichbar mit Lithium-Luft-Batterien, die sich zurzeit ebenfalls noch in der Entwicklung befinden. Anders als diese bestehen Silizium-Luft-Batterien jedoch aus umweltverträglichen, ungiftigen Komponenten und versprechen nach derzeitigem Wissen eine Lebensdauer von Tausenden Stunden, führt das Forschungszentrum weiter aus. Nässe und Temperaturschwankungen können ihnen kaum etwas anhaben, während Lithium-Batterien explosiv auf das Eindringen von Wasser oder Luftfeuchtigkeit reagieren. Zudem ist Silizium - anders als Lithium - praktisch in unbegrenzter Menge verfügbar. Es ist eines der am häufigsten auf der Erde vorkommenden Elemente und wird aus Sand gewonnen. So wären auch Speicher mit großer Kapazität problemlos und kostengünstig zu realisieren, ohne auf knappe Ressourcen Rücksicht nehmen zu müssen.
Bei der Silizium-Luft-Batterie ist nur die Anode als Feststoff ausgelegt. Anstelle der Kathode besitzt sie eine luftdurchlässige Membran, durch die der gasförmige Reaktionspartner, Luftsauerstoff, in die Zelle gelangt. Derzeit werden Silizium-Luft-Batterien in Hörgeräten erprobt, danach soll der Einsatz in anderen Kleingeräten folgen. Langfristig ist auch die Anpassung für leistungsstärkere Anwendungen wie Elektroautos geplant.
"Problematisch bei diesem Typ Batterie sind allerdings noch bisher unverstandene elektrochemische Reaktionen, die zu einem verfrühten Abbruch der Batterieentladung führen. Hier wollen wir ansetzen und mit neuartigen spektroskopischen Methoden zunächst die grundlegenden Mechanismen aufklären, die zur Batteriedegradation führen, um anschließend verbesserte Materialien entwickeln zu können", berichtet Professor Rüdiger-A. Eichel (Bild). Der studierte Physiker befasst sich seit seiner Habilitation an der Technischen Universität Darmstadt mit neuartigen Materialien der Energiewandlung und -speicherung und ist seit dem 1. Oktober 2012 Direktor des neuen Jülicher Institutsbereich "Grundlagen der Elektrochemie" des Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-9).