Zinkferrit als aktives Kathodenmaterial vorgestellt
Neue Publikation zeigt vielversprechende Ergebnisse beim Einsatz von Zinkferrit als Kathodenmaterial in Zink-Ionen-Batterien und Zink-Metallbatterien
01. Oktober 2024 – In ihrer neuen Studie zeigen Forscher:innen vom Helmholtz-Institut Münster (HI MS; IMD-4) des Forschungszentrums Jülich das Potential von Zinkferrit als Kathodenmaterial in Zink-Ionen-Batterien und Zink-Metallbatterien auf. Zinkferrit gilt als kostengünstiges, ungiftiges und bereits gut erforschtes Material, während Zink-Ionen- und Zink-Metall-Batterien einen geeigneten Baustein für die Energiewende darstellen. Sie können als große stationäre Energiespeicher, beispielsweise für Windparks und Solaranlagen, genutzt werden.
Vorteilhafte Materialeigenschaften
Zinkferrit gilt als lange bekanntes Material mit interessanten Eigenschaften. Es ist unter anderem magnetisch, zeigt eine sehr gute Elektronenleitfähigeit und wird bereits als Photokatalysator genutzt. Die Studentin Julia Hopster, die in Kooperation mit dem Helmholtz-Institut Münster ihre Bachelorarbeit schrieb, zeigte nun mithilfe ihres Teams, warum Zinkferrit Bestandteil zukünftiger Batteriezellen werden könnte.
„Wir haben untersucht, ob sich reines und zusätzlich mit Titan dotiertes Zinkferrit als Aktivmaterial für die Kathode in Zink-Ionen-Batterien und Zink-Metallbatterien eignet. Die erzielten Ergebnisse sind vielversprechend: das Material zeigt mit 1,57 Volt gegen eine Zinkreferenz ein deutlich höheres Potential als das typischerweise eingesetzte Zinkmanganit,“ erklärt Dr. Kerstin Neuhaus vom Helmholtz-Institut Münster, die Hopster bei Ihren Forschungsarbeiten betreute.
Auf Basis der gewonnenen Daten kooperierte das Team vom Helmholtz-Institut Münster mit weiteren Wissenschaftler:innen vom Forschungszentrum Jülich, um sowohl typische elektrochemische Eigenschaften als auch optische Eigenschaften des Materials abzuklären und diese in Zusammenhang mit Änderungen der Kristallstruktur durch die Dotierung zu setzen.
Nachhaltige Alternative
Zink-Ionen- oder Zink-Metall-Batterien stellen einen potentiellen Baustein der Energiewende dar, weil sie in Zukunft insbesondere als stationäre Speicher eingesetzt werden könnten. Überschüssige Energie von Windparks oder Solaranlagen könnten so gespeichert werden, um die Netzstabilität zu unterstützen.
Zinkferrit gilt als vielversprechender Ausgangspunkt für die Entwicklung weiterer Spinell-basierter Aktivmaterialien. Hier kann auch auf Erkenntnisse aus der Lithium-Ionen-Batterieforschung zurückgegriffen werden, wo Zinkferrit einerseits und verschiedene Lithium-Spinelle andererseits intensiv als Elektrodenmaterialien untersucht werden.
Studie in Fachmagazin Energy Advances veröffentlicht
Die detaillierten Ergebnisse ihrer Studie haben die Forscher:innen Susanna Krämer, Dr. Mariano Grünebaum, Dr. Kerstin Neuhaus, Helmholtz-Institut Münster (HI MS; IMD-4) des Forschungszentrums Jülich, Julia Hopster, Helmholtz-Institut Münster und FH Münster, Dr. Anna Windmüller, Prof. Dr. Rüdiger-A. Eichel, IET-1 des Forschungszentrums Jülich, Prof. Dr. Thomas Jüstel, FH Münster und Prof. Dr. Martin Winter, Helmholtz-Institut Münster und MEET Batterieforschungszentrum als Open-Access-Artikel im Fachmagazin „Energy Advances“ veröffentlicht.
