Stabilere Zink-Luft-Batterien

Leistungsstark, umwelt­freundlich, sicher und gleichzeitig kosten­günstig: Die Zink-Luft-Batterie gilt als attraktive Energie­speicher­technologie der Zukunft. Doch bisher kämpfte die konventionelle Zink-Luft-Batterie mit einer hohen chemischen Insta­bilität; parasitäre Reaktionen hervorgerufen durch den alkalischen Elektrolyten führten zu elektro­chemisch irre­versiblen Schäden. Mit einem innovativen, nicht-alkalischen, wässrigen Elektrolyten hat ein Forscherteam um den Wissenschaftler Wei Sun vom MEET Batterie­forschungs­zentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster nun eine neuartige Batterie­chemie für die Zink-Luft-Batterie entwickelt, die ihre bisherigen technischen Schwächen überwindet. 

„Unser innovativer, nicht-alka­lischer Elektrolyt bringt eine bisher unbekannte reversible Zink-Peroxid (ZnO₂)/O₂-Chemie für die Zink-Luft-Batterie mit sich“, erläutert Wei Sun. Im Vergleich zu den konven­tionellen, stark alkalischen Elektrolyten hat der auf dem Salz des Zink-Trifluor­methansulfonats basierende wässrige Elektrolyt mehrere entscheidende Vorteile: Durch eine höhere chemische Stabilität und elektro­chemische Rever­sibilität wird die Zink-Anode effizienter genutzt. Dadurch können die Zink-Luft-Batterien 320 Zyklen und 1.600 Stunden in der Umgebung stabil betrieben werden.

Der Einfluss der ZnO₂/O₂-Batteriechemie und die Rolle des hydrophoben Trifluor­methansulfonat-Anions haben die Forscher mithilfe elektro­chemischer, analytischer Techniken und Multiskalen­simulationen systematisch untersucht. Die dabei identi­fizierte erhöhte Energiedichte hat nun das Potenzial, mit der derzeit markt­beherrschenden Lithium-Ionen-Batterie zu konkurrieren. „Aufgrund ihrer Vorteile wie Umwelt­freundlichkeit, hoher Sicherheit und niedriger Kosten stellt die Zink-Luft-Batterie eine potenzielle alternative Batterie­technologie dar“, sagt Wei Sun. „Vor ihrer praktischen Anwendung bedarf diese Techno­logie jedoch noch weiterer, intensiver Forschung und Optimierung".

WWU Münster / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  W. Sun et al.: A rechargeable zinc-air battery based on zinc peroxide chemistry, Science 371, 46 (2021); DOI: 10.1126/science.abb9554
• Fokusgruppe Next Generation, MEET Batterieforschungszentrum, Westfälischen Wilhelms-Universität Münster