Neue Materialien ebnen Weg zu nachhaltigen Billigbatterien

Um Strom zwischenspeichern zu können, sind Aluminiumbatterien eine vielversprechende neue Möglichkeit. Allerdings ist die Elektrolytflüssigkeit von solchen Batterien äusserst aggressiv und greift beispielsweise rostfreien Stahl, Gold und Platin an. Deshalb suchen Wissenschaftler nach korrosionsbeständigen Materialien für die leitenden Teile von Aluminiumbatterien.

Forscher der ETH Zürich und der Empa um Maksym Kovalenko sind in Titannitrid, einem keramischen Material mit ausreichend hoher Leitfähigkeit, fündig geworden. «Diese Verbindung besteht aus den sehr häufig vorkommenden Elementen Titan uns Stickstoff und lässt sich einfach herstellen», erklärt Kovalenko. Im Labor haben die Wissenschaftler erfolgreich Aluminiumbatterien mit leitenden Teilen aus Titannitrid hergestellt. Das Material könnte jedoch auch in anderen Batteriearten zum Einsatz kommen, etwa in solchen, die auf Magnesium oder Natrium basieren oder in Hochspannungs-Lithium-Ionenbatterien, sagt der Professor für anorganische Funktionsmaterialien laut einer Mitteilung der ETH vom Montag.

Das zweite Material, Polypyren, nutzten die Forscher für die positive Elektrode von Aluminiumbatterien, die in der Regel aus Graphit besteht. Es zeigte sich, dass sich damit in einer Batterie ähnlich viel Energie speichern lässt wie mit Graphit, wie die Forscher in zwei Publikationen in den Fachjournalen «Advanced Materials» und «Advanced Science» berichten. Polypyren ist ideal, weil es über eine kettenförmige Molekülstruktur verfügt. «Zwischen den Molekülen bleibt viel Platz», sagt Kovalenko. Die verhältnismässig grossen Ionen der Elektrolytflüssigkeit können daher gut in das Elektrodenmaterial eindringen. Ein Vorteil ist zudem, dass die Forscher die Eigenschaften von Polypyren-haltigen Elektroden beeinflussen können. So kann das Material optimal an die Anwendung angepasst werden. Das bisher verwendete Graphit hingegen ist ein Mineral und lässt sich ingenieurtechnisch nicht verändern.

Im Zuge der Energiewende wird immer mehr Strom aus Sonnen- und Windenergie produziert. Um auch dann genug Strom zur Verfügung zu haben, wenn die Sonne nicht scheint, sind neue Speichertechnologien nötig. Batterien, die statt dem seltenen Lithium billigere Rohstoffe wie Aluminium, Magnesium und Natrium enthalten, bieten den vielversprechendsten Ansatz für eine ortsgebundene Stromspeicherung. Solche Batterien werden jedoch erst erforscht und sind noch nicht im industriellen Einsatz.