de.wedoany.com-Bericht: Ein internationales Forschungsteam hat die Beweglichkeit von Chloridionen in festen Materialien um bis zu 10.000-fach erhöht, indem es Lanthanoxychlorid durch Zugabe von Calcium, Magnesium oder Strontium modifizierte. Dies legt den Grundstein für den Einsatz von chloridbasierten Meereswasserbatterien zur Speicherung erneuerbarer Energien auf Netzebene. Die Studie wurde von Wissenschaftlern aus der Schweiz, Kanada und den USA in Zusammenarbeit durchgeführt und zielt darauf ab, Energiespeichertechnologien jenseits von Lithium-Ionen-Batterien zu erforschen.
Derzeit dominieren Lithium-Ionen-Batterien den Bereich der Energiespeicherung, doch die Lithiumressourcen stehen vor Herausforderungen durch steigende Nachfrage und begrenzte Verfügbarkeit. Im Gegensatz zu Lithium sind Chloridressourcen reichlich vorhanden und können direkt aus Meerwasser gewonnen werden. Die Forscher gehen davon aus, dass Chloridionen-Batterien in Zukunft zur Speicherung von Strom aus Windkraftanlagen und Solarparks eingesetzt werden könnten, um großflächige Energiespeichersysteme zu unterstützen.
Das größte technische Hindernis für Chloridionen-Batterien ist die langsame Beweglichkeit der Chloridionen in festen Elektrolyten. Die relativ große Größe der Chloridionen erschwert deren Durchdringung des Elektrolyten und begrenzt so die Speicherleistung. Durch die Veränderung der atomaren Struktur von Lanthanoxychlorid schuf das Forschungsteam günstigere Wege für die Bewegung der Chloridionen im Material. Experimente zeigten, dass die Modifikation mit Calcium am effektivsten war und die Chloridionenleitfähigkeit im Vergleich zum unbehandelten Material um bis zu 10.000-fach erhöhte.
Um zu verstehen, wie die strukturellen Veränderungen den Ionentransport verbessern, nutzte das Team die extrem hellen Röntgenstrahlen der Canadian Light Source (CLS) an der University of Saskatchewan. Die Analyse ergab, dass die hinzugefügten Elemente die Kristallstruktur flexibler machten, sodass sich die Chloridionen freier im festen Elektrolyten bewegen konnten.
Professor Sarbajit Banerjee von der ETH Zürich und Leiter des Labors für Batteriewissenschaften am Paul Scherrer Institut erklärte, dass die Studie nicht darauf abziele, Lithium-Ionen-Batterien vollständig zu ersetzen, sondern angesichts des enormen zukünftigen Bedarfs an Energiespeicherkapazitäten von Hunderten von Terawattstunden andere Lösungen neben Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln.
Die Forscher betonten, dass sich die Technologie noch in einem frühen Stadium befinde. Die Studie habe noch keine vollständige Chloridionen-Batterie demonstriert, sondern eine vielversprechende Elektrolytplattform geschaffen, die die zukünftige Batterieentwicklung unterstütze. Der an der Studie beteiligte Doktorand Jingxiang Cheng erklärte, das Team erkunde neue Richtungen im Batteriebereich und hoffe, auf dieser Plattform weiter aufbauen zu können. Banerjee wies darauf hin, dass das Ziel des Projekts darin bestehe, die Grundlagen für die Grundlagenforschung und nachhaltigere Batterietechnologien zu legen, die in Zukunft großflächige Energiespeicherung ermöglichen könnten.
Die Forscher dankten der Canadian Light Source (CLS) und ihrer VLS-PGM-Strahllinie für die technische Unterstützung, die die notwendigen Messungen zum Verständnis des Materialverhaltens auf atomarer Ebene ermöglichte. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift ACS Applied Energy Materials veröffentlicht.
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