Batterietechnologie Nicht brennbare Kalium-Hochleistungsbatterien entwickelt

Wissenschaftler der australischen University of Wollongong ist es gelungen, Kaliumionen-Batterien mit einem nicht brennbaren Elektrolyten zu entwickeln. Die Batterie soll sich auch für technische Anwendungen eignen.

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Derzeit werden als Akkus Lithium-Ionen-Batterien verwendet – doch die Energiespeichertechnologie hat auch große Nachteile wie Umweltprobleme, hohe Kosten und brennbare Elektrolyte. Es wird bereits an verschiedenen Alternativen geforscht.

Forscher der University of Wollongong in Australien setzen dabei auf Batterien mit preisgünstigeren Kalium- statt Lithiumionen. Der Vorteil von Kaliumionen: Sie sind reichlich verfügbar und haben gute Batterieeigenschaften. Allerdings sind Kaliumionen-Batterien derzeit nicht sicher, und auch sie beinhalten brennbare Elektrolyte.

Elektrolyt auf Basis von Brandschutzmittel

Das Team um die Materialwissenschaftlerin Zaiping Guo will dafür eine Lösung gefunden haben: Die Forscher entwickelten einen Elektrolyten für die Kalium- und Kaliumionen-Batterie auf der Basis eines Brandschutzmittels. Dieser Elektrolyt sei nicht nur brennbar, sondern ermögliche auch den Batteriebetrieb bei geringeren Salzkonzentrationen, wie großtechnische Anwendungen sie verlangen, berichten die Wissenschaftler.

Hauptbestandteil des Elektrolyten war Triethylphosphat, eine Substanz, die auch als Flammschutzmittel bekannt ist und bereits in Lithiumionen-Batterien als Lösungsmittel getestet wurde. Hier erwies es sich aber als weniger geeignet, weil zu hohe Salzkonzentrationen erforderlich waren und sich der Elektrolyt nicht verdünnen ließ. Im industriellen Maßstab eignen sich nur verdünnte Elektrolyte.

Mit Kaliumsalzen konnten die Wissenschaftler die Konzentration jedoch reduzieren. Für Kalium- und Kaliumionen-Batterie stellten sie einen Triethylphosphat-Kaliumsalz-Elektrolyten her, der nicht brannte und bei Konzentrationen von 0,9 bis 2 Mol pro Liter stabile Lade- und Entladezyklen ermöglichte. Solche Konzentrationen sind für technische Anwendungen wie als Stromspeicher im Netzbereich interessant.

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Die hohe Leistung ging nach Angabe der Autoren auf die Ausbildung einer gleichmäßigen festen leitfähigen Schicht an der Elektrode zurück. Die Schicht beobachteten sie nur mit dem Phosphat-Elektrolyten. Herkömmliche Carbonat-Elektrolyten konnten diese Schicht nicht aufbauen. Der Phosphat-Elektrolyt blieb auch während wiederholter Zyklen stabil. Unter den gleichen Bedingungen zersetzte sich dagegen der konventionelle Carbonat-Elektrolyt.

Wie Guo und ihr Team berichten, könnten Kaliumionen-Batterien der nächsten Generation durch neuartige Phosphat-Elektrolyten sicherer werden. Solche Elektrolyte auf der Basis von Flammschutzmitteln könnten weiterentwickelt und in die Konstruktion anderer nicht brennbarer Batteriesysteme eingehen.

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