Fortschritte in der Batterietechnologie durch koreanische Forscher: Eine sicherere und kostengünstigere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien

von Mateo Gonzalez
5 Kommentare
Aqueous Rechargeable Batteries

In einer bedeutenden Entwicklung hat ein Team von Wissenschaftlern einen neuartigen und wirtschaftlichen Typ einer wiederaufladbaren wässrigen Batterie entwickelt. Diese Innovation zielt darauf ab, die Herausforderungen zu überwinden, die mit herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien verbunden sind, die üblicherweise in Energiespeichersystemen (ESS) verwendet werden. Das Herzstück dieses Durchbruchs ist ein einzigartiger Verbundkatalysator, der Mangandioxid und Palladium kombiniert. Dieser Katalysator neutralisiert effektiv gefährliches Wasserstoffgas, indem er es in Wasser umwandelt, und erhöht so sowohl die Sicherheit als auch die Effizienz der Batterie. Diese Entwicklung ist vielversprechend für die kommerzielle Anwendung dieser Batterien in ESS und verschiedenen anderen Sektoren und stellt eine praktikable, sicherere und kostengünstigere Alternative zu aktuellen Technologien dar.

Diese neue Technologie ermöglicht die sichere Umwandlung von Wasserstoffgas in Wasser und verbessert so die Batteriesicherheit erheblich. Dies stellt einen entscheidenden Schritt auf dem Weg zur Kommerzialisierung dieser wirtschaftlicheren und sichereren wiederaufladbaren Wasserbatterien dar.

Da die Erde derzeit extremen Wetterbedingungen ausgesetzt ist, darunter schwere Hitzewellen und starke Regenfälle, ist die Dringlichkeit der Nutzung erneuerbarer Energiequellen und der Verbesserung der damit verbundenen Infrastruktur von größter Bedeutung. Dies ist eine wichtige Strategie zum Schutz unseres Planeten unter diesen schwierigen Umweltbedingungen. Allerdings stellt die Unvorhersehbarkeit der Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen, die häufig von wechselnden Wetterbedingungen abhängt, eine erhebliche Herausforderung dar.

Folglich besteht ein wachsender Bedarf an Energiespeichersystemen (ESS), die Strom zuverlässig speichern und bedarfsgerecht bereitstellen können. Allerdings ist der derzeitige Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) in ESS zwar effektiv, aber mit hohen Kosten und potenzieller Brandgefahr verbunden, was die Entwicklung erschwinglicherer und sichererer Alternativen erforderlich macht.

Der jüngste Durchbruch bei wiederaufladbaren Wasserbatterien wurde von Dr. Oh, Si Hyoung und seinem Team am Energy Storage Research Center des Korea Institute of Science and Technology (KIST) vorangetrieben. Es ist ihnen gelungen, eine hochsichere wiederaufladbare Wasserbatterie zu entwickeln, die sowohl Kosten- als auch Sicherheitsbedenken wirksam berücksichtigt.

Wässrige wiederaufladbare Batterien bieten trotz ihrer geringeren Energiedichte im Vergleich zu LIBs aufgrund der geringeren Rohstoffkosten erhebliche wirtschaftliche Vorteile. Allerdings stellt die Erzeugung von Wasserstoffgas aus der Wasserzersetzung ein anhaltendes Problem dar, das zu einem allmählichen Anstieg des Innendrucks und schließlich zu einer Erschöpfung des Elektrolyten führt, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt und die Kommerzialisierung behindert.

Um dieser Sicherheitsherausforderung zu begegnen, umfassten frühere Versuche die Verwendung einer Oberflächenschutzschicht, um die Wechselwirkung zwischen der Metallanode und dem Elektrolyten zu reduzieren. Korrosion der Metallanode und die daraus resultierende Wasserzersetzung im Elektrolyten führen jedoch in der Regel zu einer kontinuierlichen Bildung von Wasserstoffgas, was bei längerem Gebrauch zu potenziellen Explosionen führen kann.

Um diesem kritischen Problem entgegenzuwirken, führte das Forschungsteam einen Verbundkatalysator aus Mangandioxid und Palladium ein. Dieser Katalysator wandelt das in der Batteriezelle erzeugte Wasserstoffgas effizient wieder in Wasser um und gewährleistet so die Leistung und Sicherheit der Zelle. Unter normalen Bedingungen reagiert Mangandioxid nicht mit Wasserstoffgas. Durch die Zugabe einer kleinen Menge Palladium ändert sich dies jedoch, sodass die Katalysatoren Wasserstoff aufnehmen und ihn wieder in Wasser umwandeln können. Bei Tests mit einer Prototypzelle, die mit den neuen Katalysatoren ausgestattet war, blieb der Innendruck innerhalb sicherer Grenzen und es wurde keine Erschöpfung des Elektrolyten beobachtet.

Die Ergebnisse dieser Forschung gehen wirksam auf ein großes Sicherheitsproblem bei wässrigen Batterien ein und stellen einen bedeutenden Schritt in Richtung ihrer zukünftigen kommerziellen Anwendung in ESS dar. Der Ersatz von LIBs durch diese günstigeren und sichereren wässrigen Batterien könnte sogar zu einem Anstieg des globalen ESS-Marktes führen.

Dr. Oh, Si Hyoung von KIST kommentierte: „Diese Technologie stellt einen maßgeschneiderten Sicherheitsansatz für wässrige wiederaufladbare Batterien dar und beinhaltet einen aktiven Sicherheitsmechanismus, der Risikofaktoren automatisch reguliert.“ Er fügte außerdem hinzu, dass dieser Ansatz in verschiedenen industriellen Kontexten angewendet werden könnte, in denen das Austreten von Wasserstoffgas ein vorrangiges Sicherheitsrisiko darstellt, beispielsweise bei Wasserstofftankstellen und Kernkraftwerken, wodurch die öffentliche Sicherheit verbessert würde.

Diese Studie mit dem Titel „Hochsichere wässrige wiederaufladbare Batterien durch Elektrolytregeneration mithilfe des Pd-MnO2-Katalysezyklus“ von Hyun-gi Jo und Kollegen wurde am 14. Juli 2023 in Energy Storage Materials veröffentlicht und vom Ministerium für Wissenschaft und IKT gefördert.

DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102881

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zu wiederaufladbaren Wasserbatterien

Was ist die Schlüsselinnovation der neuen Batterietechnologie, die von koreanischen Wissenschaftlern entwickelt wurde?

Die entscheidende Innovation liegt in einem Verbundkatalysator aus Mangandioxid und Palladium, der gefährliches Wasserstoffgas in Wasser umwandelt. Dies erhöht die Sicherheit und Leistung der neu entwickelten wiederaufladbaren Wasserbatterien und stellt eine kostengünstige und sicherere Alternative zu bestehenden Lithium-Ionen-Batterien dar.

Wie verbessert diese neue Batterietechnologie die Sicherheit?

Der Verbundkatalysator der neuen Batterietechnologie wandelt das im Betrieb entstehende Wasserstoffgas effizient wieder in Wasser um. Durch diesen Prozess wird das Risiko eines internen Druckaufbaus und potenzieller Explosionen erheblich reduziert, wodurch die Batterien für den Einsatz in Energiespeichersystemen und anderen Anwendungen deutlich sicherer werden.

Was sind die möglichen Anwendungen dieser neuen wässrigen wiederaufladbaren Batterien?

Diese Batterien können in großem Umfang in Energiespeichersystemen (ESS) eingesetzt werden, insbesondere dort, wo Sicherheit und Kosteneffizienz von entscheidender Bedeutung sind. Darüber hinaus können sie aufgrund ihres sichereren Profils in verschiedenen Industrieanlagen eingesetzt werden, in denen Wasserstoffgaslecks ein Problem darstellen, beispielsweise Wasserstofftankstellen und Kernkraftwerke.

Welche Herausforderungen bewältigen diese neuen Batterien im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien?

Die neuen wiederaufladbaren Wasserbatterien stellen sich der Herausforderung, eine zuverlässige und sichere Energiespeicherlösung für erneuerbare Energiequellen bereitzustellen, die aufgrund wechselnder Wetterbedingungen häufig unter einer unvorhersehbaren Stromerzeugung leiden. Sie bieten eine stabile und sichere Möglichkeit, Strom bedarfsgerecht zu speichern und bereitzustellen.

Wer leitete die Forschung zu dieser neuen Batterietechnologie und wo wurde sie durchgeführt?

Die Forschung wurde von Dr. Oh, Si Hyoung vom Energy Storage Research Center am Korea Institute of Science and Technology (KIST) geleitet. Das Team konzentrierte sich auf die Entwicklung einer sicheren und wirtschaftlichen Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien.

Was macht wässrige wiederaufladbare Batterien im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien wirtschaftlich vorteilhaft?

Wässrige wiederaufladbare Batterien sind aufgrund der im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien deutlich geringeren Rohstoffkosten für ihre Herstellung wirtschaftlich vorteilhaft. Dies macht sie zu einer kostengünstigeren Option für groß angelegte Energiespeicherlösungen.

In welcher Veröffentlichung wurde die Forschung zu dieser neuen Batterietechnologie vorgestellt?

Die Forschung wurde in dem am 14. Juli 2023 in der Zeitschrift Energy Storage Materials veröffentlichten Artikel mit dem Titel „Hochsichere wässrige wiederaufladbare Batterien durch Elektrolytregeneration mithilfe des Pd-MnO2-Katalysezyklus“ vorgestellt.

Mehr über wiederaufladbare Wasserbatterien

  • Zeitschrift für Energiespeichermaterialien
  • Koreanisches Institut für Wissenschaft und Technologie (KIST)
  • Speicherlösungen für erneuerbare Energien
  • Dr. Oh, Si Hyoungs Forschungsprofil
  • Fortschritte in der Batterietechnologie
  • Sicherheitsmechanismen in der Batterietechnik
  • Wirtschaftliche Vorteile wässriger wiederaufladbarer Batterien
  • Informationen zur Finanzierung des Ministeriums für Wissenschaft und IKT

Sie können auch mögen

5 Kommentare

SarahConnor1991 Dezember 28, 2023 - 9:20 pm

Tolle Lektüre, der Teil über die Umwandlung von Wasserstoffgas in Wasser? genial, aber wie kostengünstig wird das auf lange Sicht wirklich sein?

Antwort
ElectricAvenue Dezember 28, 2023 - 11:43 pm

Ich muss zugeben, ich bin beeindruckt von den koreanischen Wissenschaftlern hier, sie verschieben immer die Grenzen der Technik, aber der Artikel könnte etwas mehr Details über die eigentliche Wissenschaft dahinter gebrauchen, wissen Sie?

Antwort
ÖkoKrieger Dezember 29, 2023 - 12:22 pm

Das ist genau das, was wir für eine nachhaltige Zukunft brauchen, aber der Artikel beschönigt die Auswirkungen auf die Umwelt, oder übersehe ich etwas?

Antwort
Jenny Mills Dezember 29, 2023 - 2:56 pm

Wirklich interessanter Artikel, mir gefällt, wie er über den Sicherheitsaspekt dieser neuen Batterien spricht. Sicherheit ist heutzutage bei all der Technologie, die wir verwenden, so wichtig!

Antwort
Mark_theTechGuy Dezember 29, 2023 - 6:36 pm

Irgendwie cool zu sehen, wie sich die Wissenschaft ständig weiterentwickelt, aber ich frage mich, wie lange es dauern wird, bis wir diese Batterien tatsächlich in unseren Telefonen und so sehen?

Antwort

Hinterlasse einen Kommentar

* Durch die Nutzung dieses Formulars erklären Sie sich mit der Speicherung und Verarbeitung Ihrer Daten durch diese Website einverstanden.

SciTechPost ist eine Webressource, die sich der Bereitstellung aktueller Informationen über die schnelllebige Welt der Wissenschaft und Technologie widmet. Unsere Mission ist es, Wissenschaft und Technologie über unsere Plattform für jedermann zugänglich zu machen, indem wir Experten, Innovatoren und Akademiker zusammenbringen, um ihr Wissen und ihre Erfahrungen auszutauschen.

Abonnieren

Abonnieren Sie meinen Newsletter für neue Blogbeiträge, Tipps und neue Fotos. Bleiben wir auf dem Laufenden!

© 2023 SciTechPost

de_DEDeutsch