Eine Batterie auf Zink- und Ligninbasis, die über 8.000 Mal verwendet werden kann. Dies wurde von Forschern der Universität Linköping mit dem Ziel entwickelt, Ländern mit begrenztem Zugang zu Elektrizität eine kostengünstige und nachhaltige Batterielösung bereitzustellen. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Energy & Environmental Materials veröffentlicht.
Reverant Crispin und Ziyauddin Khan, Forscher am Organic Electronics Laboratory. Bildnachweis: Thor Balkhed/Universität Linköping
„Solarmodule sind relativ kostengünstig geworden und viele Menschen in Ländern mit niedrigem Einkommen haben sie übernommen. In Äquatornähe geht die Sonne jedoch gegen 18 Uhr unter und Haushalte und Unternehmen sind ohne Strom. Wir hoffen, dass diese Batterietechnologie, selbst mit geringerer Leistung als teure Li-Ionen-Batterien, letztendlich eine Lösung für diese Situationen bietet“, sagt Reverant Crispin, Professor für organische Elektronik an der Universität Linköping.
Seine Forschungsgruppe am Organic Electronics Laboratory entwickelte zusammen mit Forschern von Karlstad und der Chalmers University eine Batterie auf Basis von Zink und Lignin, zwei kostengünstigen und umweltfreundlichen Materialien. Von der Energiedichte her ist sie vergleichbar mit Blei-Säure-Batterien, jedoch ohne das giftige Blei.
Stabiler Akku
Der Akku ist stabil, da er 8.000 Zyklen lang verwendet werden kann und dabei rund 80 % seiner Leistung beibehält. Darüber hinaus behält die Batterie ihre Ladung etwa eine Woche lang, viel länger als andere ähnliche Batterien auf Zinkbasis, die sich in nur wenigen Stunden entladen.
Obwohl zinkbasierte Batterien bereits auf dem Markt sind, hauptsächlich als nicht wiederaufladbare Batterien, wird erwartet, dass sie bei entsprechender Einführung der Ladefunktion langfristig Lithium-Ionen-Batterien ergänzen und teilweise ersetzen werden.
„Obwohl Lithium-Ionen-Batterien bei richtiger Handhabung nützlich sind, können sie explosiv, schwer zu recyceln und im Hinblick auf Umwelt- und Menschenrechtsfragen problematisch sein, wenn bestimmte Elemente wie Kobalt abgebaut werden. Daher bietet unsere nachhaltige Batterie eine vielversprechende Alternative, bei der die Energiedichte keine entscheidende Rolle spielt“, sagt Ziyauddin Khan, Forscher am Organic Electronics Laboratory der LiU.
Günstig und recycelbar
Das Problem bei Zinkbatterien ist hauptsächlich auf die schlechte Haltbarkeit aufgrund der Reaktion von Zink mit Wasser in der Elektrolytlösung der Batterie zurückzuführen. Diese Reaktion führt zur Bildung von Wasserstoffgas und zum Dendritenwachstum von Zink, wodurch die Batterie praktisch unbrauchbar wird.
Zur Stabilisierung des Zinks wird eine Substanz namens wasserbasierter Polymersalzelektrolyt in Kaliumpolyacrylat (WiPSE) verwendet. Was die Linköping-Forscher zeigten, ist, dass die Stabilität sehr hoch ist, wenn WiPSE in einer Batterie verwendet wird, die Zink und Lignin enthält.
„Zink und Lignin sind sehr günstig und die Batterie lässt sich leicht recyceln. Und wenn man die Kosten pro Arbeitszyklus berechnet, handelt es sich im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien um eine extrem günstige Batterie“, sagt Ziyauddin Khan.
Skalierbar
Derzeit sind im Labor entwickelte Batterien klein. Forscher glauben jedoch, dass sie dank der Fülle an kostengünstigem Lignin und Zink große Batterien herstellen können, etwa so groß wie eine Autobatterie. Für eine Massenproduktion wäre jedoch die Beteiligung eines Unternehmens erforderlich.
Pfarrer Crispin sagt, Schwedens Position als innovatives Land ermögliche es ihm, anderen Ländern bei der Einführung nachhaltigerer Alternativen zu helfen.
„Wir können es als unsere Pflicht betrachten, einkommensschwachen Ländern dabei zu helfen, die gleichen Fehler wie wir zu vermeiden. Wenn sie ihre Infrastruktur aufbauen, sollten sie sofort mit der Nutzung grüner Technologien beginnen. Wenn nicht nachhaltige Technologien eingeführt werden, werden sie von Milliarden Menschen genutzt, was zu einer Klimakatastrophe führt“, sagt Reverant Crispin.
Die Forschung wurde hauptsächlich von der Knut and Alice Wallenberg Foundation über das Wallenberg Wood Science Centre, dem Swedish Research Council, Åforsk, dem Strategic Research Area Advanced Functional Materials (AFM) der schwedischen Regierung in Linköping und der Vinnova University über Fun-Mat II finanziert. . Die langfristige Zusammenarbeit mit Ligna Energy AB im SESBC-Zentrum wird von der schwedischen Energieagentur finanziert.
Artikel: Wasser-in-Polymer-Salzelektrolyt für wiederaufladbare wässrige Zink-Lignin-Batterien mit langer LebensdauerDivyaratan Kumar, Leandro R. Franco, Nicole Abdou, Rui Shu, Anna Martinelli, C. Moyses Araujo, Johannes Gladisch, Viktor Gueskine, Reverend Crispin und Ziyauddin Khan; Energy and Environmental Materials 2024, online veröffentlicht am 7. Mai 2024. DOI: 10.1002/eem2.12752
Geschrieben von Anders Törneholm
Quelle: Universität Linköping
Ursprünglich veröffentlicht in The European Times.
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