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LuZi

Luft-Zink Batterien mit neuartigen Materialien für die Speicherung regenerativer Energien und die Netzstabilisierung

An Zink/Luft-Zellen als Primärbatterien wurde bereits 1868 durch G. Leclanché geforscht. Aufgrund von Vorteilen in Bezug auf Rohstoffverfügbarkeit, Preis und Sicherheit wird derzeit versucht Zink/Luft-Sekundärbatteriesysteme zu entwickeln. Erste Prototypen weisen eine spezifische Energie von 170 bis 200 Wh/kg auf, perspektivisch sollen ca. 400 Wh/kg erreichbar sein. Ein limitierender Faktor in diesen Batterien sind die Luftkathoden. Am IEK-9 wird im Rahmen des BMBF-Projekts LuZi – „Luft-Zink Batterien mit neuartigen Materialien für die Speicherung regenerativer Energien und die Netzstabilisierung“ an der Entwicklung von Kathoden aus Kohlenstofffaserstrukturen gearbeitet. Die Kohlenstofffasergeflechte werden mit Electrospinning hergestellt. Ein entscheidender Aspekt für die Performance dieser Materialien als Kathoden ist die Benetzbarkeit der Kathodenoberflächen mit den Elektrolyten. Da die elektrochemischen Reaktionen ORR und OER an einer Dreiphasengrenze stattfinden, ist eine Teilbenetzung erforderlich, sodass sich eine Dreiphasengrenze vom mit Katalysator belegtem Kohlenstoff, Elektrolyt und Luftsauerstoff ausbilden kann. Um das Benetzungsverhalten der Kathodenstrukturen zu charakterisieren, werden am IEK-9 fortgeschrittene NMR Methoden angewandt, mit denen Diffusions- und Benetzungsverhalten der Elektrolyte in den Poren des Kohlenstofffasergeflechts erforscht werden können. Ziel des Gesamtprojekts ist es, eine völlig neue Zn/Luft-Zelle mit auf ionischen Flüssigkeiten basierenden Elektrolyten sowie entsprechend angepassten Elektroden zu entwickeln die eine höhere Lebensdauer als die derzeitigen Lösungen aufweisen.

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Mittels Elektrospinning hergestelltes Kohlenstofffasermaterial zum Einsatz in Kathoden von Zn/Luft Batterien. a) Übersichtsaufnahme eines Fasergeflechts b) Detailaufnahme der Fasern (Daniel Kröger, IEK-9).


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