Neue Batterie aus Aluminium, Schwefel und Salz erweist sich als schnell, sicher und günstig
August 25, 2022
Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein neues Batteriedesign entwickelt, das gängige Materialien (Aluminium, Schwefel und Salz) verwendet.Die Batterie ist nicht nur kostengünstig, sie ist feuer- und ausfallsicher und lässt sich sehr schnell wieder aufladen, was sie nützlich machen könnte, um Haushalte mit Strom zu versorgen oder Elektrofahrzeuge aufzuladen.
Lithium-Ionen-Batterien haben das Feld in den letzten Jahrzehnten aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und hohen Energiedichte dominiert. Lithium wird jedoch immer knapper und teurer, und Batterien können gefährlich sein, da sie explodieren oder in Flammen aufgehen, wenn sie beschädigt oder falsch verwendet werden. Wir brauchen billigere und sicherere Alternativen, insbesondere wenn die Welt auf erneuerbare Energien und Elektrofahrzeuge umsteigt.
Also machte sich das MIT-Team daran, einen neuen Batterietyp aus handelsüblichen, kostengünstigen Materialien zu entwickeln. Nach langem Suchen und einigem Ausprobieren entschieden sie sich für Aluminium für die eine Elektrode und Schwefel für die andere sowie einen geschmolzenen Chloroaluminat-Elektrolyten. All diese Zutaten sind nicht nur billig und üblich, sondern auch nicht brennbar, sodass keine Brand- oder Explosionsgefahr besteht.
In Tests demonstrierte das Team, dass die neuen Batteriezellen Hunderte von Ladezyklen überstehen und sich sehr schnell wieder aufladen – in einigen Experimenten in weniger als einer Minute. Der Akku kostet ein Sechstel des Preises eines ähnlich großen Lithium-Ionen-Akkus.
Sie funktionieren nicht nur bei hohen Temperaturen bis zu 200 °C, sondern sogar besser, wenn es heißer ist – bei 110 °C lädt sich der Akku 25-mal schneller auf als bei 25 °C. Wichtig ist, sagen die Forscher, dass die Batterie keine externe Energie benötigt, um diese hohen Temperaturen zu erreichen – ihre üblichen Lade- und Entladezyklen reichen aus, um sie auf dieser Temperatur zu halten.
Obwohl die Art des Salzes im Elektrolyten wegen seines niedrigen Schmelzpunktes gewählt wurde, hat es zufälligerweise noch einen weiteren Vorteil – es verhindert auf natürliche Weise die Bildung von Dendriten. Diese Metallranken, die allmählich zwischen den beiden Elektroden wachsen, bis sie einen Kurzschluss erzeugen, sind ein großes Hindernis für Batterien, insbesondere für Lithium-Ionen-Batterien.
Das Team sagt, dass dieses Batteriedesign am besten für Größenordnungen von mehreren zehn Kilowattstunden geeignet ist, z. B. um einzelne Haushalte aus erneuerbaren Quellen mit Strom zu versorgen. Dank ihrer Schnellladung können sie auch als Ladestation für Elektrofahrzeuge fungieren. Andere Arten von Batterien, wie z. B. neuere Designs, die geschmolzene Salzelektrolyte und Aluminium- und Nickelelektroden verwenden, funktionieren besser im Rastermaßstab.
Das Patent für die Aluminium-Schwefel-Batterie wurde an ein Spin-off-Unternehmen namens Avanti lizenziert, das von einem der Autoren der Studie mitbegründet wurde, die das Design beschreibt. Die Forscher planen, es in großem Maßstab zu bauen und Stresstests zu unterziehen.
Die Studie wurde veröffentlicht inNatur“ Zeitschrift.
