Neue radikale Aluminiumbatterie verspricht mehr nachhaltige Energie

Wissenschaftler hoffen, die weltweit erste sichere und effiziente ungiftige wässrige Aluminium-Radikal-Batterie herstellen zu können

17.07.2023 - Australien

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Teams der Flinders University in Südaustralien und der Zhejiang Sci-Tech University in China haben in einem neuen Artikel, der im Journal of American Chemistry, dem Flaggschiff der American Chemical Society, veröffentlicht wurde, die erste Stufe der Entwicklung dieser neuartigen Batterien vorgestellt.

Die meisten Batterien enthalten gefährliche Stoffe und können die Umwelt verschmutzen, wenn sie auf Mülldeponien entsorgt oder anderweitig weggeworfen werden. Materialien wie Blei, Kadmium und Quecksilber können Menschen und Tiere vergiften und Böden und Wasser verunreinigen, und sie verbleiben lange Zeit in der Umwelt.

Dr. Kai Zhang von der Zhejiang Sci-Tech University und das Forschungslabor von Associate Professor Zhongfan Jia an der Flinders University arbeiteten an der (Elektro-)Chemie stabiler Radikale in dem am häufigsten verwendeten Lewis-Säure-Elektrolyten (Al(Otf)₃) und Batterietests.

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Das Team entwickelte das erste Design von Aluminiumradikalbatterien, die feuerhemmende und luftstabile Elektrolyte auf Wasserbasis verwenden und eine stabile Spannung von 1,25 V und eine Kapazität von 110 mAh g^-1 über 800 Zyklen mit nur 0,028 % Verlust pro Zyklus liefern.

Professor Zhongfan Jia vom College of Science and Engineering der Flinders University hofft, in Zukunft biologisch abbaubare Materialien für die Entwicklung der Soft-Pack-Batterien verwenden zu können, um das Produkt sicher und nachhaltig zu machen.

Multivalente Metallionenbatterien, einschließlich Al³⁺, Zn²⁺ oder Mg²⁺, nutzen reichlich vorhandene Elemente der Erdkruste und bieten eine viel höhere Energiedichte als Lithiumionenbatterien (LIBs), sagt Professor Jia.

"Insbesondere Aluminium-Ionen-Batterien (AIBs) ziehen große Aufmerksamkeit auf sich, da Aluminium das dritthäufigste Element (8,1 %) ist, was AIBs zu einem nachhaltigen und kostengünstigen Energiespeichersystem macht."

Eine der größten Herausforderungen für aktuelle AIBs ist jedoch die langsame Bewegung von Al³⁺-Ionenkomplexen, die zu AIBs mit geringer Kathodeneffizienz führen. Organische konjugierte Polymere sind als Kathoden für AIBs auf dem Vormarsch, um das Problem des Ionentransports zu lösen, aber ihre Batteriespannungsleistung ist nach wie vor schlecht.

Stabile Radikale sind eine Klasse organischer elektroaktiver Moleküle, die bereits in verschiedenen organischen Batteriesystemen eingesetzt wurden. Das erste dieser Art wurde von NEC® im Jahr 2012 vermarktet.

Das Jia Lab an der Flinders University hat zuvor radikale Materialien für organische Hybrid-LIBs, Natrium-Ionen-Batterien und rein organische Batterien entwickelt. Diese radikalen Materialien wurden jedoch noch nie in AIBs eingesetzt, da das Verständnis ihrer (elektro)chemischen Reaktion in Elektrolyten fehlte.

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Originalveröffentlichung

Jiang, S.; Xie, Y.; Xie, Y.; Yu, L.-J.; Yan, X.; Zhao, F.-G.; Mudugamuwa, C. J.; Coote, M. L.; Jia, Z.; Zhang, K., Lewis Acid-Induced Reversible Disproportionation of TEMPO Enables Aqueous Aluminum Radical Batteries. J. Am. Chem. Soc. 2023

https://www.chemie.de/news/1181078/neue-radikale-aluminiumbatterie-verspricht-mehr-nachhaltige-energie.html