Kalzium verleiht Flüssigbatterien einen überraschenden Leistungsschub.

Flüssigbatterien, entwickelt von MIT-Professor Donald Sadoway, sind eine vielversprechende neue Batterietechnologie. Sie ermöglichen es, große Energiemengen bis zu 12 Stunden lang zu speichern und diese langsam abzugeben. Dadurch stellen sie eine attraktive Speicheroption für erneuerbare Energiesysteme dar. Sadoway und sein Team haben nun eine neue Flüssigbatterie-Matrix entwickelt, die die Batterie noch effizienter und kostengünstiger machen soll. Die von Sadoway entwickelten und von Ambri kommerzialisierten Flüssigzellen sind einzigartig, da sich alle Komponenten während des Betriebs im flüssigen Zustand befinden. Ursprünglich verwendeten die Batterien Magnesium als negative und Antimon als positive Elektrode sowie einen kostengünstigen Schmelzsalzelektrolyten. Die neue Batterietechnologie nutzt Calcium, eine relativ häufig vorkommende und preiswerte Chemikalie, sowohl für die Elektroden als auch für das Schmelzsalz im Inneren der Batterie. Calcium war bisher eine komplexe Chemikalie, da es sich schnell in Salz löst. Dies erschwerte die Verwendung in einer Flüssigbatterie, die drei separate Flüssigkeitsschichten benötigt, die voneinander getrennt bleiben und dennoch als Batterie funktionieren. Calcium hat zudem einen hohen Schmelzpunkt, der theoretisch einen Betrieb der Batterie bei 900 Grad Celsius erforderlich machte. „Es war die schwierigste Chemie“, sagte Sadonway, John F. Elliott Professor für Materialchemie am MIT. (Siehe auch: Diese tragbare Powerbank mit 9.000 mAh kann sich in nur 18 Minuten selbst aufladen.) Um das Hitzeproblem zu lösen, mischte das Team bei der Herstellung der flüssigen Elektroden Magnesium mit Kalzium. Magnesium hat einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt, wodurch die Batterie bei wesentlich niedrigeren Temperaturen betrieben werden kann. Das Team entwickelte außerdem eine neue Rezeptur für die innere Elektrolytschicht der Batterie, die die Matrix für den Ionentransport zwischen den Elektroden bildet. Die neue, salzbasierte Rezeptur verwendet Lithiumchlorid und Kalziumchlorid und ermöglicht so einen deutlich schnelleren Ionenaustausch als die bisherige Flüssigbatterietechnologie. Der neue Lithiumelektrolyt hat einen weiteren, unerwarteten Vorteil: Neben der Senkung der Betriebstemperatur und der Steigerung der Batterieleistung trägt er auch zum Erhalt der Dreischichtstruktur der Zelle bei, indem er verhindert, dass sich die Kalzium-Magnesium-Elektroden im Salz auflösen. Der vielleicht größte Vorteil dieser neuen Flüssigbatterie liegt jedoch in der Rohstoffversorgung. Kalzium und Magnesium werden gemeinsam abgebaut und sind teuer zu trennen. Da diese neuen Batterien Kalzium und Magnesium gemeinsam verwenden, ist ihre Herstellung deutlich günstiger. Sadoway und sein Team betonen, dass diese neue Rezeptur den Grundstein für ein neues Feld der Batterietechnologie legt. Das Team hofft, dass diese Arbeit andere Wissenschaftler dazu anregt, weitere chemische Verbindungen zu erforschen, die eine hohe Leitfähigkeit aufweisen und noch kostengünstiger herzustellen sind. „Die Lehre daraus ist, verschiedene chemische Zusammensetzungen zu untersuchen und auf sich ändernde Marktbedingungen vorbereitet zu sein“, so Sadoway.Sehen Sie auch: Raimond de Hullus Vision für die grünen Gebäude der OAS1