Der Bedarf an elektrischen Speichern für mobile und stationäre Anwendungen wird massiv steigen. Ursache dafür ist auch die deutlich steigende Nachfrage nach Elektromobilität. Die Wissenschaft forscht an neuen Batteriesystemen – das bietet die Chance, von Beginn an auf nachhaltige Zellkonzepte zu setzen. Diese berücksichtigen neben Sicherheits- und Kostenaspekten die Substitution kritischer Rohstoffe, ein recycling-gerechtes Design und weitere Anforderungen der Kreislaufwirtschaft. Eines dieser nachhaltigen Konzepte sind die Aluminium-Ionen-Batterien, die am Fraunhofer Technologiezentrum Hochleistungsmaterialien (THM) in Freiberg entwickelt werden.
Eine Arbeitsgruppe forscht dort seit fünf Jahren eine Lithium-freie und Aluminium-basierte Zellchemie. Neben einer theoretisch vierfach höheren Energiedichte als metallisches Lithium biete das Batteriematerial Aluminium weitere Vorteile in der Praxis.
Auch die Brandgefahr fällt weg
So fungiert in den bisherigen Lithium-Ionenzellen eine hochreine und beschichtete Aluminiumfolie als Stromsammler. In der Aluminium-Ionen-Batterie (AIB) übernimmt dagegen eine einfache Aluminiumfolie gleichzeitig die Funktion der Anode. Hierbei werden an das Aluminium keine besonderen Qualitätsanforderungen gestellt. Marktübliche kostengünstige Folien reichen für den Zweck völlig aus, teilt das Institut mit. Weiterer Vorteil: Es gibt keine Brandgefährdung wie beim Einsatz von Lithium.
Die Batterie könne in weniger als 30 Sekunden voll ge- und entladen werden. Der Prozess sei reversibel, die Fraunhofer-Forscher haben nach eigenen Angaben mit den Laborzellen bereits über 10.000 Zyklen mit einer Ladeeffizienz von mehr als 90 Prozent erreicht. Die Zellen funktionieren dabei unter normalen Umgebungsbedingungen. Diese Zellchemie habe ein enormes Potential.
Die nachgewiesene Schnellladefähigkeit bei hoher Zyklenstabilität und mit hoher Ladeeffizienz spreche für die elektrischen Eigenschaften dieser Zellchemie. Die vergleichsweise geringen Gefährdungsrisiken, der Verzicht auf kritische Rohstoffe und nicht zuletzt der Kostenvorteil zeigen das Potential der Aluminium-Ionen-Batterie. (wa)
