Forscher aus Australien und China arbeiten an der Entwicklung der weltweit ersten sicheren und effizienten ungiftigen wässrigen Aluminium-Radikalbatterie. Ein Team der Flinders University in Südaustralien und der Zhejiang University of Science and Technology in China berichtet in einem neuen Artikel, der im Flaggschiff-Journal der American Chemical Society, dem American Chemical Journal, veröffentlicht wurde, über die ersten Phasen der Entwicklung dieser neuen Batterien.
Die meisten Batterien enthalten gefährliche Stoffe, die die Umwelt verschmutzen können, wenn sie auf Mülldeponien landen oder anderswo weggeworfen werden. Stoffe wie Blei, Cadmium und Quecksilber vergiften Menschen und Tiere, verunreinigen Böden und Wasser und verbleiben über lange Zeiträume in der Umwelt.
Die Forschungslabore von Dr. Kai Zhang von der Zhejiang Sci-Tech University und Associate Professor Jia Zhongfan von der Flinders University arbeiteten bei der (elektrochemischen) und Batterieprüfung stabilisierter freier Radikale im am häufigsten verwendeten Lewis-Säure-Elektrolyten (Al(Otf)3) zusammen.
Das Team entwickelte das erste Batteriedesign auf Aluminiumbasis, das einen flammhemmenden und luftstabilen Elektrolyten auf Wasserbasis verwendet, um eine stabile Ausgangsspannung von 1,25 V und eine Kapazität von 110 mAhg–1 über 800 Zyklen mit nur 0,028 % Verlust pro Zyklus zu liefern.
Professor Jia Zhongfan von der School of Science and Engineering der Flinders University hofft, in Zukunft biologisch abbaubare Materialien zur Entwicklung von Beutelbatterien verwenden zu können, um die Produkte sicher und nachhaltig zu machen.
Professor Jia sagte, multivalente Metallionenbatterien, darunter Al3+, Zn2+ oder Mg2+, nutzen die reichlich vorhandenen Elemente in der Erdkruste und bieten eine viel höhere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien (LIB).
„Insbesondere Aluminium-Ionen-Batterien (AIBs) haben große Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da Aluminium das dritthäufigste Element ist (8,1 %), was AIBs potenziell zu einem nachhaltigen und kostengünstigen Energiespeichersystem macht.“
Eine der größten Herausforderungen, mit denen AIB derzeit konfrontiert ist, ist jedoch die langsame Bewegung von Al3+-Ionenkomplexen, die zu einer geringen Kathodeneffizienz von AIB führt. Organische konjugierte Polymere sind eine aufstrebende Kathode für AIBs, die das Ionentransportproblem lösen kann, aber ihre Batteriespannungsausgangsleistung ist immer noch schlecht.
Stabile Radikale sind eine Klasse organischer elektroaktiver Moleküle, die in verschiedenen organischen Batteriesystemen weit verbreitet sind. Das erste derartige Produkt wurde 2012 von NEC kommerzialisiert.
Das Jia-Labor an der Flinders University hat bereits Grundmaterialien für organische Hybrid-Lithium-Ionen-Batterien, Natrium-Ionen-Batterien und rein organische Batterien entwickelt. Aufgrund mangelnden Verständnisses ihrer (elektro)chemischen Reaktionen in Elektrolyten fanden diese radikalischen Materialien nie Anwendung in AIBs.