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Dr. Clemens Liedel
Gruppenleiter
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Elektrochemie der Biopolymere und neue Batteriesysteme

Lithium-Ionen-Akkus sind heutzutage aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Nur durch ihre Entwicklung und die damit verbundene höhere Energiespeichermöglichkeit auf engem Raum sind tragbare Elektrogeräte wie Smartphones oder Tablet-Computer, aber auch Elektroautos erst möglich geworden. Um größere Reichweiten von Elektroautos, längere Akkulaufzeiten oder schnellere Prozessoren in tragbaren Geräten zu ermöglichen ist jedoch die Entwicklung gänzlich neuer Batteriesysteme nötig, da Lithium-Ionen-Akkus bald an die Grenze der möglichen Speicherkapazität stoßen werden.

Für die zukünftige Entwicklung spielt die Möglichkeit, noch viel mehr Energie auf engem Raum zu speichern, eine herausragende Rolle. Darüber hinaus sind jedoch noch weitere Aspekte zu beachten: neue Akkus sollen

  • ungefährlich sein (und nicht wie Lithium-Akkus in Laptops plötzlich in Brand geraten können)
  • günstig sein (Lithium kommt auf der Erde recht selten vor, wodurch der hohe Preis zustande kommt)
  • umweltverträglich sein (Metalle allgemein werden oft in energieintensiven und umweltschädlichen Verfahren gewonnen; die meisten Bauteile einer Batterie sind schwer zu recyceln)

In unserer Gruppe nehmen wir all diese Aspekte in Angriff. Dabei konzentrieren wir uns auf zwei verschiedene Ansätze:

Zum einen erforschen wir potenzielle Magnesiumbatterien. Diese sind nicht nur energiereicher als Lithium-Ionen-Batterien (Magnesium-Ionen-Akkus könnten etwa doppelt so viel Energie pro Kilogramm wie derzeitige Lithium-Ionen-Akkus speichern, Magnesium-Luft-Batterien sogar bis zu 25-mal so viel), sondern auch ungefährlicher (Lithium reagiert heftig mit Luftfeuchtigkeit, Magnesium ist sicherer) und günstiger (in der kontinentalen Erdkruste gibt es über 1000-mal mehr Magnesium als Lithium).

Zum anderen wollen wir Batteriebauteile aus nachwachsenden Rohstoffen realisieren. Biomoleküle, die in tierischen und pflanzlichen Organismen an elektrochemischen Prozessen beteiligt sind, könnten auch in Batterien zum Einsatz kommen. Potenzielle Batterien könnten aus nachwachsenden Rohstoffen geschaffen werden (zum Beispiel unter Verwendung von Polyphenolen aus Pflanzenresten), wären nachhaltig (aus Biomolekülen gebaute Batterien könnten CO2-neutral verbrannt werden), günstig (da aus nachwachsenden Ressourcen) und ungefährlich (keine spontanen Entzündungen, keine starken Säuren).

 
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