Batterie 4.0 - Aluminium als Hoffnungsträger

Seit etwa fünf Jahren wird in Freiberg an einem so genannten Post-Lithium-System geforscht. Dieses soll mittels Aluminium-basierter Zellchemie funktionieren. Neben einer theoretisch vierfach höheren volumetrischen Energiedichte als metallisches Lithium bietet das Batteriematerial Aluminium, nach Angaben der THM, handfeste Vorteile in der Praxis. In Lithium-Ionenzellen fungiert eine hochreine und beschichtete Aluminiumfolie als Stromsammler. In der Aluminium-Ionen-Batterie übernimmt dagegen eine einfache Aluminiumfolie gleichzeitig die Funktion der Anode. Hierbei werden keine besonderen Qualitätsanforderungen gestellt und marktübliche Folien reichen für den Zweck völlig aus. Ebenso sollen Aluminiumbatterien ein höheres Maß an Sicherheit bieten, denn es gibt keine Brandgefährdung wie beim Einsatz von Lithium.

Enormes Potenzial

„In unseren Laborsystemen wurden mit Graphitpulver als Kathode bereits Energiedichten von 135Wh/kg in Bezug auf die Aktivmasse gezeigt. Die Batterie kann in einer Zeit von weniger als 30 Sekunden voll ge- und entladen werden. Der Prozess ist reversibel und wir haben mit den Laborzellen bereits über 10.000 Zyklen mit einer Ladeeffizienz von mehr als 90 % erreicht. Unsere neuesten Ergebnisse zeigen, dass auch noch mehr als doppelt so viele Ladezyklen möglich sind. Das liegt ganz deutlich über dem, was etablierte Lithium-Ionen-Batterien ausweisen. Unsere Zellen funktionieren dabei unter normalen Umgebungsbedingungen und wir arbeiten bereits mit anwendungs¬relevanten Zellkonzepten wie Knopfzellen und Pouch-Zellen. Diese Zellchemie hat ein enormes Potential“, so Ulrike Wunderwald, Leiterin der Arbeitsgruppe Batteriematerialien.

Das THM Freiberg spricht von einer kostengünstigeren Fertigung mit reduziertem Prozessaufwand im Hinblick auf die Aluminium-Ionen-Batterie. Das Aluminium ist als Ressource unkritisch und muss nicht von besonderer Qualität sein. Ebenso können in Aluminium-Ionen-Batterien günstige Elektrolyte auf der Basis von Harnstoff verwendet werden. Die nachgewiesene Schnellladefähigkeit bei hoher Zyklenstabilität und mit hoher Ladeeffizienz spricht für die elektrischen Eigenschaften dieser Zellchemie. Das Fraunhofer THM sieht in den Forschungserkenntnissen eine realistische Anwendung für die Zukunft und damit einen potenziellen Beitrag zur Energiewende.