Die Forschenden stellten im Labor Aluminium-Knopfbatterien her. Das Batteriegehäuse ist aus Edelstahl, das innen mit Titannitrid beschichtet ist, um es korrosionsbeständig zu machen.
Kostiantyn Kravchyk | ETH Zürich
Aluminiumbatterien bestehen aus günstigen und in großen Mengen vorkommenden Rohstoffen. Die Wissenschaftler von der Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich und der Empa um Maksym Kovalenko, Professor für anorganische Funktionsmaterialien, haben zwei neue Materialien gefunden, welche die Entwicklung von Aluminiumbatterien entscheidend weiterbringen könnten. Es handelt sich dabei um ein korrosionsbeständiges Material für die leitenden Teile der Batterie und um ein neuartiges Material für ihren Pluspol, das an vielfältige technische Anforderungen angepasst werden kann.
Weil die Elektrolytflüssigkeit von Aluminiumbatterien äußerst aggressiv ist und beispielsweise rostfreien Stahl sowie auch Gold und Platin angreift, suchen Wissenschaftlicher nach korrosionsbeständigen Materialien für die leitenden Teile solcher Batterien. Dabei sind Kovalenko und seine Kollegen in Titannitrid, einem keramischen Material mit ausreichend hoher Leitfähigkeit, fündig geworden. "Diese Verbindung besteht aus den sehr häufig vorkommenden Elementen Titan und Stickstoff und lässt sich einfach herstellen", erklärt Kovalenko.
Während der Minuspol bei solchen Batterien aus Aluminium ist, besteht der Pluspol in der Regel aus Graphit. Die Forscher haben ein zweites Material gefunden, mit dem sich in einer Batterie ähnlich viel Energie speichern lasse wie mit Graphit. Es handelt es sich um Polypyren, einen Kohlenwasserstoff mit kettenförmiger Molekülstruktur. Insbesondere Materialproben, in denen sich die Molekülketten ungeordnet zusammenlagerten, erwiesen sich in Experimenten als ideal. Zu den Vorteilen von Polypyren-haltigen Elektroden gehöre, dass Wissenschaftler ihre Eigenschaften beeinflussen können, beispielsweise ihre Porosität. Das biete die Möglichkeit, das Material optimal an die jeweiligen Anwendungen anzupassen. "Das bisher verwendete Graphit hingegen ist ein Mineral. Es lässt sich ingenieurtechnisch nicht verändern", so Kovalenko.