Wissenschaftler der Stanford University haben eine Chlorbatterie entwickelt, die nicht nur wiederaufladbar ist, sondern etwa die sechsfache Kapazität heutiger Lithium-Ionen-Lösungen bietet. Der Durchbruch basiert auf der Stabilisierung flüchtiger Chlorreaktionen innerhalb des Geräts. Sie könnte eines Tages die Grundlage für Hochleistungsbatterien bilden, die zum Beispiel Smartphones wochenlang mit Energie versorgen, bevor sie leer sind.
Die neue Batterie wird als Alkalimetall-Chlor-Batterie bezeichnet und basiert auf einer Chemie, die erstmals in den 70er Jahren auftauchte Lithiumthionylchlorid. Diese Batterien werden wegen ihrer hohen Energiedichte hoch geschätzt, sind jedoch nicht wiederaufladbar. Sie basieren auf hochreaktivem Chlor, was sie für Mehrfachanwendungen ungeeignet macht.
Wesentliche Unterschiede
In einer normalen wiederaufladbaren Batterie wandern Elektronen während der Entladung von einer Seite zur anderen und kehren dann in ihre ursprüngliche Form zurück, wenn die Batterie wieder aufgeladen wird. In diesem Fall wird jedoch das Natriumchlorid oder Lithiumchlorid in Chlor umgewandelt, das zu reaktiv ist, um mit großer Effizienz wieder in Chlorid umgewandelt zu werden.
Die Autoren dieser neuen Studie haben möglicherweise eine Lösung für dieses Problem gefunden. Das Team experimentierte mit Natriumchlorid und Chlor, um die Leistung dieser Batterie zu verbessern, stellte jedoch fest, dass sich die Chemikalie tatsächlich stabilisiert hatte. Dadurch konnte die Batterie bis zu einem gewissen Grad aufgeladen werden. Nachfolgende Untersuchungen führten das Team zur Entwicklung eines neuen porösen Kohlenstoffelektrodenmaterials, das wie ein Schwamm wirkt, unregelmäßige Chlormoleküle absorbiert und diese sicher speichert, um sie wieder in Natrium umzuwandeln.
Das Chlormolekül wird beim Laden der Batterie in den winzigen Poren der Kohlenstoff-Nanokugeln eingeschlossen und geschützt. Also wenn der Akku entladen oder entladen werden muss. Wir können die Batterie entleeren und das Chlor in NaCl – Speisesalz – umwandeln und diesen Vorgang viele Zyklen lang wiederholen. Aktuell können wir bis zu 200 mal in die Pedale treten und da ist noch Luft nach oben. Ein gepflegter Lithium-Ionen-Akku, um es milde auszudrücken es kann für 500-1000 Zyklen passen.
Guangzhou ZhuStanford Universität
Chlorbatterie, hohe Dichte
Durch ihre Experimente demonstrierte das Team auch eine sehr hohe Energiedichte für die Prototypbatterie. 1.200 mAh pro Gramm Elektrodenmaterial, etwa das Sechsfache dessen, was die heutige Lithium-Ionen-Batterietechnologie bietet.
Das Team stellt sich vor, dass die Batterie in Hörgeräten oder Fernbedienungen verwendet werden könnte. Es könnte auch Geräte mit Strom versorgen, die nur selten aufgeladen werden müssen (Satelliten oder entfernte Sensoren, die mit Solarenergie aufgeladen werden könnten). Für den Einsatz in Smartphones und Elektrofahrzeugen müssen die Wissenschaftler die Batterie erweitern und eine geeignete Struktur entwerfen. Das bedeutet zunächst, die Zahl der sicheren Anwendungen zu erhöhen.
Forschung zur Chlorbatterie wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
