Wissenschaftler haben eine sichere und wirtschaftliche wiederaufladbare Batterie auf Wasserbasis entwickelt, die die Einschränkungen der derzeit in Energiespeichersystemen (ESS) verwendeten Lithium-Ionen-Batterien überwindet. Ihre Innovation liegt in einem Verbundkatalysator aus Mangandioxid und Palladium, der gefährlichen Wasserstoff in Wasser umwandelt und dabei Sicherheit und Leistung beibehält. Dieser Durchbruch öffnet die Tür für die Kommerzialisierung dieser Batterien in ESS und anderen Branchen und bietet eine wirtschaftlichere und sicherere Alternative zu bestehenden Technologien.
In diesem Sommer kommt es auf der Erde zu extremen Wetterbedingungen, darunter schwere Hitzewellen und starke Regenfälle. In diesen herausfordernden Zeiten ist die Nutzung erneuerbarer Energien und die Stärkung der zugehörigen Infrastruktur als Strategie zum Schutz des Planeten dringender denn je. Allerdings steht dieser Ansatz aufgrund der Unvorhersehbarkeit der Erzeugung erneuerbarer Energien vor erheblichen Herausforderungen, da er auf unsicheren Variablen wie instabilen Wetterbedingungen beruht.
Daher besteht eine zunehmende Nachfrage nach Energiespeichersystemen (ESS), die Strom speichern und bei Bedarf bereitstellen können. Allerdings sind die derzeit in ESS verwendeten Lithium-Ionen-Batterien (LIB) nicht nur teuer, sondern auch brandgefährlich, sodass ein dringender Bedarf besteht, günstigere und sicherere Alternativen zu entwickeln.
Eine innovative Technologie wandelt Wasserstoffgas sicher in Wasser um und verbessert so die Batteriesicherheit. Dieser Fortschritt ebnet den Weg für die Kommerzialisierung wirtschaftlicherer und sichererer wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis.
Forschungsfortschritt wasserbasierter wiederaufladbarer Batterien
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Oh, Si Hyoung vom Energy Storage Research Center des Korea Institute of Science and Technology (KIST) hat eine äußerst sichere wiederaufladbare Batterie auf Wasserbasis entwickelt, die eine zeitgemäße Alternative darstellen kann, die Kosten- und Sicherheitsanforderungen erfüllt.
Trotz der geringeren erreichbaren Energiedichte bieten wässrige wiederaufladbare Batterien erhebliche wirtschaftliche Vorteile, da ihre Rohstoffkosten deutlich niedriger sind als bei LIBs. Allerdings führt der durch die Zersetzung des parasitären Wassers entstehende Wasserstoff dazu, dass der Innendruck allmählich ansteigt und schließlich der Elektrolyt erschöpft wird, was eine große Gefahr für die Sicherheit der Batterie darstellt und Schwierigkeiten bei der Kommerzialisierung mit sich bringt.
Sicherheitsherausforderungen in der Batterietechnologie meistern
Bisher versuchten Forscher häufig, dieses Problem zu umgehen, indem sie Oberflächenschutzschichten anbrachten, um die Kontaktfläche zwischen der Metallanode und dem Elektrolyten zu minimieren. In den meisten Fällen ist jedoch eine Korrosion der Metallanode und die damit einhergehende Zersetzung von Wasser im Elektrolyten unvermeidlich und die kontinuierliche Ansammlung von Wasserstoff kann im Langzeitbetrieb zu potenziellen Explosionen führen.
Um dieses kritische Problem zu lösen, entwickelte das Forschungsteam einen Verbundkatalysator aus Mangandioxid und Palladium, der den in der Batterie erzeugten Wasserstoff automatisch in Wasser umwandeln kann und so die Leistung und Sicherheit der Batterie gewährleistet.
Unter normalen Umständen reagiert Mangandioxid nicht mit Wasserstoff, aber nach Zugabe einer kleinen Menge Palladium wird der Wasserstoff leicht vom Katalysator absorbiert und zu Wasser regeneriert. In Prototypzellen, die mit dem neu entwickelten Katalysator beladen waren, wurde der Innendruck der Zellen deutlich unter den Sicherheitsgrenzen gehalten und es wurde keine Elektrolytverarmung beobachtet.
Auswirkungen auf zukünftige Energiespeicher
Dieses Forschungsergebnis löst effektiv eines der besorgniserregendsten Sicherheitsprobleme bei Wasserbatterien und macht einen großen Schritt in Richtung der kommerziellen Anwendung von ESS in der Zukunft. Der Ersatz von Lithiumbatterien durch billigere und sicherere Wasserbatterien wird sogar ein schnelles Wachstum des globalen ESS-Marktes auslösen.
Dr. Oh, SiHyoung vom Korea Advanced Institute of Science and Technology sagte: „Diese Technologie basiert auf einem eingebauten aktiven Sicherheitsmechanismus, der Sicherheitsstrategien für wasserbasierte wiederaufladbare Batterien maßgeschneiderte, durch die Risikofaktoren automatisch kontrolliert werden. Darüber hinaus kann sie auf verschiedene Industrieanlagen angewendet werden, in denen Wasserstoffaustritt eines der größten Sicherheitsprobleme darstellt (z. B. Wasserstoffstationen, Kernkraftwerke usw.), um die öffentliche Sicherheit zu schützen.“
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily