Salzwasser-Batterien sind sicherer und grüner als Lithium-Ionen-Akkus

2015 entwickelte ein Team rund um Dr. Kang Xu vom US Army Research Laboratory eine Batterie, die Salzwasser als Elektrolyt verwendet und eine sicherere und grünere Alternative zu gewöhnlichen Lithium-Ionen-Akkus darstellen sollte. Das Problem: Die Spannung der Batterie ließ deutlich zu wünschen übrig. Das Team hat in den letzten zwei Jahren deutliche Fortschritte gemacht: Die Batterie kann nun für gewöhnliche Haushaltsgegenstände verwendet werden – ohne das Risiko von Bränden und Explosionen, das mit Alternativen auf Lithium-Ionen-Alternativen einhergeht.

Wasserbatterie: Sicherer als Alternativen

Für die Forscher stand bei der Entwicklung der Sicherheitsaspekt im Vordergrund. „In the past, if you wanted high energy, you would choose a non-aqueous lithium-ion battery, but you would have to compromise on safety. If you preferred safety, you could use an aqueous battery such as nickel/metal hydride, but you would have to settle for lower energy. Now, we are showing that you can simultaneously have access to both high energy and high safety“, erklärt Dr Xu.

Die Forscher legen es mit ihrem Projekt darauf an, die Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien in Sachen Spannung mit denen von wasserbasierten Batterien in Sachen Sicherheit zu kombinieren.

Der große Durchbruch gelang bereits 2015. Bis dahin nahm die Forschung an, dass es nicht möglich ist, in wasserbasierten Batterien eine sogenannte „Solid-Electrolyte Interphase“ auszubilden – eine Schicht um die Anode der Batterie, die Feuer und Explosionen aufgrund des Einflusses der chemischen Reaktionen auf die Anode zu verhindern. Dem Team des US Army Research Laboratory und der University of Maryland gelang es, eine solche Schicht mit Salzwasser aufzubauen.

Kommerzieller Einsatz innerhalb von 5 Jahren

Problematisch war, dass die dabei entstehende Spannung noch recht gering war. Den Forschern gelang es in den letzten zwei Jahren jedoch, die Spannung ihrer Batterie auf 4 Volt zu erhöhen. Maßgeblich hierfür war die Entwicklung eines Gel-Polymer-Elektrolyts, der nun die Schutzschicht an der Anode bildet. So gelang es, die Spannung der Batterie auf 4 Volt zu erhöhen.

„The key innovation here is making the right gel that can block water contact with the anode so that the water doesn’t decompose and can also form the right interphase to support high battery performance“, so Chunsheng Wang, Professor für Chemical Engineering an der University of Maryland.

Die Arbeit des Teams ist vielversprechend, aber die Forscher arbeiten weiter daran, dass die Technologie hochskaliert werden kann. Bisher erreicht die Batterie auch lediglich 50-100 Zyklen mit voller Leistung. Die Forscher wollen diesen Wert auf über 500 erhöhen. Es wird noch etwa 5 Jahre dauern, bis die Technologie bereit für den kommerziellen Einsatz ist.

via US Army Research Laboratory