Zink-Luft-Batterie als Energiespeichertechnologie der Zukunft?

Zink-Luft-Batterie als Energiespeichertechnologie der Zukunft?

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Weltweit wird an Alternativen zum Lithium-Ionen-Akku geforscht. Die Festkörper-Batterie gilt bereits heute als gesetzter Nachfolger. Aber auch andere Batterietypen, wie beispielsweise die Zink-Luft-Batterie könnten eine Alternative sein: leistungsstark, umweltfreundlich, sicher und gleichzeitig kostengünstig. Wäre da nicht die Sache mit der hohen chemischen Instabilität. Ein Forscherteam um Wissenschaftler Dr. Wei Sun vom MEET Batterieforschungszentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster habe nun eine neuartige Batteriechemie für die Zink-Luft-Batterie entwickelt, die ihre bisherigen technischen Schwächen überwindet.

Damit soll es möglich sein die parasitäre Reaktionen hervorgerufen durch den alkalischen Elektrolyten, welche zu elektrochemisch irreversiblen Schäden, in den Griff zu bekommen. Die detaillierten Ergebnisse des internationalen Forschungsprojekts, an dem außerdem Forschende der Fudan Universität in Shanghai, der Universität für Wissenschaft und Technik in Wuhan, der Universität Maryland sowie dem US Army Research Laboratory beteiligt waren, hat das Wissenschaftsteam in dem Fachmagazin „Science“ veröffentlicht.

Dr. Wei Sun gibt unter anderem zu verstehen, dass man entscheidende Parameter der Zink-Luft-Batterie optimiert habe: „Unser innovativer, nicht-alkalischer Elektrolyt bringt eine bisher unbekannte reversible Zink-Peroxid (ZnO2)/O2-Chemie für die Zink-Luft-Batterie mit sich“, so der Leiter des Forscherteams. 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, wie dem Fachmagazin „Science“ zu entnehmen ist.

Des Weiteren wird aus dem dortigen Artikel ersichtlich, dass die Forscherinnen und Forscher mithilfe elektrochemischer, analytischer Techniken und Multiskalensimulationen den Einfluss der ZnO2/O2-Batteriechemie und die Rolle des hydrophoben Trifluormethansulfonat-Anions systematisch untersucht haben. 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“, betont Wei Sun. „Vor ihrer praktischen Anwendung bedarf diese Technologie jedoch noch weiterer, intensiver Forschung und Optimierung“, so der Forschungsleiter abschließend.

Der israelische Batterieexperten Phinergy ist ebenfalls spezialisiert auf Aluminium-Luft- und Zink-Luft-Batteriesysteme, die ein großes Anwendungspotential für Elektromobilität und stationäre Anwendungen haben. Derzeit arbeite man mit dem indische Mineralöl-Unternehmen IndianOil an der Fortentwicklung der Technologie. Wobei dies unabhängig von den eingangs aufgeführten Aktivitäten der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster geschieht.

Quelle: WWU Münster – Innovative Batteriechemie revolutioniert Zink-Luft-Batterie

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Zink-Luft-Batterien gab es aus Israel schon vor mehr als 20 Jahren. Und sie haben sich nicht durchsetzen können, weil die Leistungsdaten nicht überzeugen konnten.
Daraus wird nun wieder eine der vielen „Wunderbatterien“ kreiert, von denen man wahrscheinlich, wie bei den vielen anderen dieser Art, nichts mehr hören wird.

Schön, dass es bei den Zink-Luft-Akkus Fortschritte gibt, schliesslich wären Preise von 10 Euro pro kWh ein deutlicher Gewinn für die E-Auto wie auch für stationäre Hausspeicher .

Bei meiner Zukunftvision (autarke Strom und Energieversorgung mit PV-Anlage, Pufferbatterie und Wärmepumpe), die etwa 1.000 kWh an Batteriespeicher brauchen würde, wären das 10.000 Euro plus Zusammenbau, Steuerungstechnik, Händlermarge und MwSt. vermutlich um die 30.000 Euro bei Massenproduktion.

Die heutigen Batteriespeicher für Strom von der PV-Anlage mit z.B. 10 kWh kosten um die 10.000 Euro.

Erdwärmepumpe etwa 20.000 Euro (inkl Erdarbeiten).
PV-Anlage 10 kWp ab 16.000 Euro (inkl. Monage – laut EON).
Zusammen ungefähr 40.000 Euro plus Speicherbatterie.

Würde in naher Zukunft die günstigen Zink-Luft-Akkus kommen, dann wäre die autarke Strom- und Energieversorgung für 70.000 Euro für 1-Familienhäuser machbar – verteilt auf 25 Jahre wären es 2.800 Euro pro Jahr bei etwa 10.000 kWh für Haushaltsstrom, Wärmepumpe und E-Auto – also 28 Cent pro Kwh.

Es ist zwar noch eine Zukunftsvision, aber sie rückt immer näher.

Jetzt bekommt man allmalig den Beweis geliefert, wie man uns seit gedenken veräppelt.
Tesla kommt und schon rücken angebliche Erfindungen um Erfindungen durch die aber schon alle seit Jahrzehnten bei ihnen auf dem Tisch liegen. Akku, Wasserstoff. Lag alles schon vor Ewigkeiten vor und jetzt darf es verwendet werden. Bloß den Fortschritt zur richtigen Zeit einläuten.

Auch wenn ein bischen spät ist, so will ich noch auf diese Angaben eingehen.

Dadurch können die Zink-Luft-Batterien 320 Zyklen und 1.600 Stunden in der Umgebung stabil betrieben werden, wie dem Fachmagazin „Science“ zu entnehmen ist.

320 Zyklen mal 312,5 km ergibt 100.000 km oder 8 Jahre bei einem Durchschnittfahrer.

100.000 km geteilt durch 1.600 Stunden ergibt eine durchschnittliche Geschwindigkeit von 62,5 km/h, das entspricht Landstrassenfahrten mit 80 – 90 km/h inkl. Ortsdurchfahrten.mit bis zu 50 km/h.

Also wenn diese Daten in der Praxis gelten und die Batterien wie angenommen nur 10 Euro pro kWh kosten würden, dann wäre ein Wechsel alle 8 Jahre sogar günstig. 3 Batterien ergäben 300.000 km und 24 Jahre Betriebszeit bei durchschnittlich 12.500 km pro Jahr – in Summe 30 Euro pro kWh.

Seit dem Wissenschaftler das Problem mit der aufladung der Batterie überwunden haben, ging ich eigentlich davon aus das sie auch in Autos eingebaut werden kann.
Während eine Li-Ion Batterie auf 1 KG 200 WH speichern kann was bei E-Autos meist der fall ist
während Batterien bei Verbrennern nur auf eine Speicherkapazität von 30 – 50 WH/KG kommen.
Die Zink/Luft Batterien kommen auf 350WH/KG was ich schon als beeindruckend empfinde.
Die Deutsche Post hatte schon von 1996 – 1997 60 Transporter mit Zink-Luft Batterien betrieben die zu der damaligen Zeit 300 KM weit kamen und eine Recyclinganlage hat das Zink ohne Qualitätsverlust wieder aufbereitet. ( das war vermutlich das Problem für das wieder einstampfen des Versuchs, man konnte diese Batterien leider nicht wieder aufladen)
Ein Großer nachteil ist die Selbstentladung die bei etwa 10% liegt liegt während eine Li-Ion Batterie nur 2% im Jahr verliert. Aber aufgrund der werte halte ich 10% eigentlich als vertretbar.
Dazu kommt der Umweltansatz, wobei ich weis dass es vielen leuten in Zwischen aus den Ohren kommt ist die Zink/Luft Batterie weitaus umweltfreundlicher.
Aktuell bin ich ein Fan von der Zink-Luft Batterie aber auch von der Graphentechnologie in der Zukumft da es momentan noch kein vernünftiges verfahren gibt womit man Graphen in Ausreichenden Mengen produzieren kann.

Last edited 1 Jahr zuvor by Pel

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