Welche neue Batterietechnologie wird unsere Zukunft bestimmen?

Innovationsursprünge -Neue Batterietechnologien bergen großes Potenzial für Auswirkungen auf verschiedene Branchen, von der Energiewende über Elektrofahrzeuge bis hin zu medizinischen Anwendungen.

Von Autos bis hin zu medizinischen Geräten – das moderne Leben ist in hohem Maße auf Batterien angewiesen. Die Fähigkeit, Energie effizient zu speichern, ist entscheidend für den Antrieb von Geräten, von winzigen Geräten bis hin zu großen SUVs. Daher besteht ein kontinuierliches Bestreben, die Batterieleistung zu verbessern. Wie sieht die Landschaft der hochmodernen Batterietechnologie aus? Welche Durchbrüche können wir in naher Zukunft erwarten?

Forscher der TU Wien haben eine Sauerstoff-Ionen-Batterie entwickelt, die gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien mehrere Vorteile bietet. Obwohl Sauerstoff-Ionen-Batterien eine geringere Energiedichte aufweisen, kann ihre Speicherkapazität regeneriert werden, was möglicherweise eine längere Lebensdauer ermöglicht. Diese Batterien bestehen aus nicht brennbaren Materialien und benötigen keine seltenen Elemente, was sie zu einer hervorragenden Wahl für große Energiespeichersysteme macht, die elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen speichern.

Österreichische Forscher der Johannes Kepler Universität haben die erste dehnbare und biologisch abbaubare Batterie entwickelt. Diese innovative Batterie ist wasserlöslich, wird im Körper leicht abgebaut und ist für den Einsatz in Wearables und medizinischen Implantaten konzipiert. Bestehende Batterien enthalten oft giftige Metalle und sind schwer zu recyceln, aber dieser Durchbruch überwindet diese Einschränkungen durch die Verwendung von Elastomer, Magnesium, Molybdänoxid und einem biologisch abbaubaren Gel in seiner Konstruktion.

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Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik haben zwei bahnbrechende laserbasierte Fertigungsverfahren entwickelt, die die Energieeffizienz bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien steigern. Das Diodenlasertrocknungssystem reduziert den Energieverbrauch um 50 % und den Platzbedarf im industriellen Maßstab um 60 %. Der Hochleistungs-Ultrakurzpulslaser (USP) erzeugt außerdem Li-Ionen-Autobahnen in der Batterieelektrode, wodurch die Leistungsdichte und die Lebensdauer erhöht werden.

Niederländische Wissenschaftler aus Delft haben eine Methode entwickelt, um die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu verlängern, indem sie fünf Salze miteinander mischen. Dieser innovative Ansatz stabilisiert die Schicht gebrochener Elektrolyte, verbessert die Batterielebensdauer und bietet Vorteile bei der Elektromobilität und der kurzfristigen Speicherung von Sonnen- und Windenergie. Die Forscher untersuchen auch die mögliche Anwendung dieses Elektrolytkonzepts in Natriumionenbatterien der nächsten Generation, die die Abhängigkeit von Lithium verringern könnten.

Forscher von POSTECH und der Sogang University haben ein Anodenmaterial mit hoher Kapazität für Li-Ionen-Batterien entwickelt, das die Reichweite von Elektrofahrzeugen potenziell verzehnfachen könnte. Durch den Ersatz herkömmlicher Graphitanoden durch Siliziumanoden und geschichtet geladene Polymere haben sie ein stabiles und zuverlässiges Material geschaffen. Dieser Fortschritt könnte der wachsenden Nachfrage nach Hochleistungsbatterien im Elektrofahrzeugsektor gerecht werden und durch die Einführung von Elektrofahrzeugen zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen.

Der Maschinenbauingenieur Jelle Houben und sein Kollege Pim Donkers haben ein geschlossenes Kreislaufsystem entwickelt, das Salztabletten zur Speicherung erneuerbarer Energie verwendet. Diese wiederaufladbare Salzbatterie bietet im Vergleich zu herkömmlichen Batterien eine länger anhaltende Speicherung mit höherer Kapazität. Die Technologie funktioniert durch die Umwandlung von Elektrizität in Wärme, die eine Flüssigkeit (Öl oder Wasser) erhitzt, die durch einen Verdampfer mit Salzen fließt und so die Wärmespeicherung und -abgabe ermöglicht. Diese Salzbatterie könnte die Speicherung erneuerbarer Energien revolutionieren und zu einer erdgasfreien gebauten Umwelt beitragen.

Festkörper-Lithium-Schwefel-Batterien bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien das Potenzial für deutlich höhere Energiedichten und mehr Sicherheit. Aber es gibt auch eine Kehrseite. Die Ergebnisse der jüngsten Forschung offenbaren einen bisher übersehenen Entwicklungsengpass bei Festkörperbatterien und zeigen, dass bei den Kathodenverbundwerkstoffen aufgrund des langsamen Ionentransports Einschränkungen bestehen. Die Herausforderung besteht nun darin, eine schnellere Ionenabgabe innerhalb des Kathodenverbunds zu ermöglichen.

Die vom Fraunhofer IKTS in den letzten acht Jahren entwickelte CERENERGY-Technologie markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Batterietechnologie. Diese Natrium-Aluminiumoxid-Festkörperbatterien, auch Natrium-Nickelchlorid-Batterien genannt, verwenden hochreines Aluminiumoxid als kritischen keramischen Festkörperelektrolyten.

Elestor wurde 2014 gegründet und hat eine innovative Durchflussbatterie entwickelt, die Wasserstoff und Brom als aktive Materialien nutzt, die beide nahezu unbegrenzt auf der Erde verfügbar sind. Da die Batterie während des Ladevorgangs außerdem Wasserstoff erzeugt, eröffnet das Konzept mehrere neue Möglichkeiten zur Integration von Wasserstoffinfrastrukturen und Elektrolyseuren. Auf diese Weise vereint Elestor zwei Welten der Energiespeicherung: durch Batterien und in Form von Wasserstoff.

Neue Batterietechnologien bergen großes Potenzial für Auswirkungen auf verschiedene Branchen, von der Energiewende über Elektrofahrzeuge bis hin zu medizinischen Anwendungen. Wenn diese Innovationen voranschreiten und allgemein verfügbar werden, können wir mit erheblichen Fortschritten bei der Energiespeicherung, Effizienz und Nachhaltigkeit rechnen. Der Wettlauf ist eröffnet, welcher dieser Durchbrüche letztendlich unsere Zukunft bestimmen wird.