Chinesische Forscher haben eine wasserbasierte Batterie entwickelt, die sicherer und energieeffizienter sein soll als herkömmliche Lithiumoptionen. Es hat sich gezeigt, dass diese neuen wässrigen Batterien, die eine gemischte Halogenlösung verwenden, eine Energiedichte haben, die die von Lithium-Ionen-Batterien verdoppeln könnte, was einen potenziellen Wendepunkt in der Elektrofahrzeugindustrie und der Energiespeicherung im großen Maßstab darstellen könnte.
In einem kürzlichen Durchbruch in der Batterietechnologie hat ein Forscherteam des Dalian Institute of Chemical Physics (DICP), Teil der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS), eine wässrige Batterie entwickelt, deren Energiekapazität fast doppelt so hoch ist wie die von herkömmlichen Lithiumzellen. Diese Entwicklung verspricht nicht nur eine Verbesserung der Batteriesicherheit, sondern auch eine Steigerung ihrer Energieeffizienz.
Sicherheit und Energieeffizienz
Wässrige Batterien verwenden Wasser als Lösungsmittel für die Elektrolyte, was ihre Sicherheit im Vergleich zu nichtwässrigen Lithiumbatterien, die aufgrund der verwendeten organischen Elektrolyte leicht entflammbar sind, deutlich verbessert. Letztere bieten zwar eine hohe Energiedichte, beeinträchtigen jedoch die Sicherheit.
Verbesserte Energiedichte
Obwohl Wasserbatterien aufgrund der begrenzten Löslichkeit des Elektrolyten und der niedrigen Batteriespannung im Allgemeinen eine geringere Energiedichte aufweisen, ist es den DICP-Forschern gelungen, eine Wasserbatterie mit hoher Energiedichte unter Verwendung einer Multielektronentransferkathode auf Basis von Brom und Jod zu entwickeln.
Technische Innovationen
Die Gruppe um Prof. Li Xianfeng und Prof. Fu Qiang, ebenfalls vom DICP, hat eine gemischte Lösung aus Iodid- (I-) und Bromid- (Br-) Ionen als Elektrolyt verwendet. Während des Ladevorgangs werden Jodidionen auf der positiven Seite zu Jodat (IO3-) oxidiert, während die erzeugten Protonen als Leitelektrolyt auf die negative Seite transportiert werden. Bei der Entladung wird dieser Vorgang umgekehrt, was eine schnelle und reversible elektrochemische Reaktion ermöglicht.
Studienergebnisse
Laut einer in veröffentlichten Studie erreichte die entwickelte Kathode eine spezifische Kapazität von mehr als 840 Ah/L und eine Energiedichte von bis zu 1200 Wh/L Naturenergie. Diese Ergebnisse übertreffen nicht nur die Energiedichte einiger Feststoffelektrodenmaterialien, sondern sind auch hinsichtlich der Kosten mit herkömmlichen Lithiumbatterien vergleichbar.
Mögliche Auswirkungen und zukünftige Anwendungen
Die Erhöhung der Kapazität und Energiedichte dieser wässrigen Batterien könnte erhebliche Auswirkungen auf die Elektrofahrzeugindustrie und die Energiespeicherung im Netzmaßstab haben. Darüber hinaus konnte die Zyklenlebensdauer dieser Batterien auf bis zu 1000 Zyklen verlängert werden, was eine erhebliche Stabilität beweist.
Die Entwicklung wässriger Batterien mit hoher Energiedichte bietet eine neue Option für die Entwicklung sichererer und effizienterer Batterien. Dieser Fortschritt ist nicht nur vielversprechend für die Anwendung in Energiebatterien, sondern könnte auch die Anwendung wasserbasierter Batterien in verschiedenen Bereichen der erneuerbaren Energien und Nachhaltigkeit erheblich erweitern.
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