{"id":103037,"date":"2024-11-06T02:33:00","date_gmt":"2024-11-06T01:33:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=103037"},"modified":"2024-11-05T14:34:23","modified_gmt":"2024-11-05T13:34:23","slug":"die-batterie-die-dem-feuer-trotzt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/die-batterie-die-dem-feuer-trotzt\/","title":{"rendered":"Die Batterie, die dem Feuer trotzt"},"content":{"rendered":"\n
Die Salzbatterie ist eine sichere und langlebige Batterietechnologie mit immensem Potenzial.<\/p>\n\n\n\n
Urspr\u00fcnglich wurde sie f\u00fcr Elektroautos entwickelt, heute versorgt sie Mobilfunkantennen mit Strom, und morgen vielleicht ganze Wohngebiete: Die Salzbatterie ist eine sichere und langlebige Batterietechnologie mit enormem Potenzial. Empa-Forschende arbeiten mit einem Industriepartner daran, diese besonderen Batterien weiterzuentwickeln.<\/p>\n\n\n\n
1997 kippte die Mercedes-Benz-A-Klasse beim Elchtest aus der Kurve. Eine der Ursachen f\u00fcr den ber\u00fchmt-ber\u00fcchtigten Vorfall: Die A-Klasse war urspr\u00fcnglich als Elektroauto konzipiert. Durch den Wechsel auf den Verbrennungsmotor entfiel die schwere Batterie, und der Schwerpunkt verlagerte sich zu weit nach oben.<\/p>\n\n\n\n
Die Batterie, die in der A-Klasse h\u00e4tte verbaut werden sollen, war eine sogenannte Salzbatterie. Im Gegensatz zu den meisten anderen Batterien, bei denen Kathode und Anode in einem gemeinsamen fl\u00fcssigen Elektrolyten \u00abschwimmen\u00bb, ist der Elektrolyt bei einer Salzbatterie ein Feststoff, namentlich ein keramischer Ionenleiter auf Natriumaluminiumoxid-Basis. Der Festelektrolyt ist nicht brennbar und erm\u00f6glicht zudem eine Abtrennung von Anode und Kathode, was die Lebensdauer der Batterie erh\u00f6ht. Die Kathode einer Salzbatterie basiert auf einem Granulat aus Kochsalz und Nickelpulver, die Natriummetallanode entsteht erst beim Aufladen.<\/p>\n\n\n\n
F\u00fcr die Elektromobilit\u00e4t hat sich diese Batterietechnologie nicht bew\u00e4hrt: Heutige Elektroautos fahren mit Lithiumionen-Akkus, die leichter sind und sich schneller laden lassen. Doch in anderen Anwendungsbereichen ist die Salzbatterie ihrer Lithiumionen-Konkurrenz \u00fcberlegen. Deshalb werden Salzbatterien heute aktiv erforscht \u2013 unter anderem an der Empa.<\/p>\n\n\n\n
Langlebig und sicher<\/h4>\n\n\n\n
Die Forschungszusammenarbeit begann 2016, als der Tessiner Salzbatteriehersteller HORIEN Salt Battery Solutions, ehemals bekannt als FZSoNick, auf die Empa zuging. Das Unternehmen wollte im Rahmen eines Innosuisse-Projekts den keramischen Natriumaluminiumoxid-Elektrolyten in ihren Batteriezellen verbessern. Daraus folgten weitere Projekte zu Zellgeometrie und Elektrochemie der Salzbatterie, denn diese unterscheidet sich stark von anderen Batterietypen. \u00abDer Zusammenbau von Salzbatteriezellen f\u00fcr Forschungszwecke ist sehr aufw\u00e4ndig, und es gibt kaum Studien zu deren genauer Funktionsweise. Das macht diese Projekte so interessant f\u00fcr uns: Wir k\u00f6nnen sehr viel lernen und entwickeln unser Verst\u00e4ndnis zusammen mit dem Industriepartner weiter\u00bb, sagt Empa-Forscherin Meike Heinz aus der Abteilung \u00abMaterials for Energy Conversion\u00bb, die von Corsin Battaglia geleitet wird.<\/p>\n\n\n\n
Ihr andersartiger Zellaufbau bringt der Salzbatterie aber auch einige Vorteile gegen\u00fcber Lithiumionen-Batterien. Zum Beispiel in Sachen Sicherheit: Zwar brauchen Salzbatterien eine Betriebstemperatur von rund 300\u00b0 Celsius, aber sie k\u00f6nnen weder brennen noch explodieren. Deshalb kommen sie auch an Orten zum Einsatz, wo Lithiumionen-Akkus gar nicht erst zugelassen sind, etwa im Berg- und Tunnelbau und auf Offshore-\u00d6l- und Gasf\u00f6rderplattformen. Durch die hohe Betriebstemperatur sind Salzbatterien ausserdem wesentlich weniger temperaturempfindlich als ihre Lithiumionen-Kontrahenten. Dies macht sie zu idealen Notstromspeichern f\u00fcr kritische Infrastruktur, beispielsweise Mobilfunkantennen. Selbst an abgelegenen und exponierten Orten k\u00f6nnen die langlebigen und wartungsfreien Salzbatterien ihre Arbeit \u00fcber Jahrzehnte zuverl\u00e4ssig verrichten.<\/p>\n\n\n\n
Die Betriebstemperatur ist aber auch ein Nachteil dieser Batterietechnologie: Salzbatterien brauchen eine \u00abStandheizung\u00bb, um einsatzbereit zu sein. Aber ist eine Batterie, die Strom braucht, \u00fcberhaupt wirtschaftlich? \u00abJe nach Anwendung ist es wirtschaftlicher, eine Batterie warmzuhalten als sie zu k\u00fchlen\u00bb, erkl\u00e4rt Meike Heinz. \u00abBeim Laden und Entladen entsteht durch die nat\u00fcrlichen Zellwiderst\u00e4nde W\u00e4rme. In einem optimalen System kann sich eine grosse Batterie dadurch selbst heizen\u00bb, f\u00fcgt Empa-Forscher Enea Svaluto-Ferro hinzu.<\/p>\n\n\n\n
Zellchemie f\u00fcr die Zukunft<\/h4>\n\n\n
\nEmpa Forschende Enea Svaluto (links) und Meike Heinz im neuen Batterielabor auf dem Empa Campus in D\u00fcbendorf. Bild: Empa<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n
Als Materialforschende fokussieren sich Meike Heinz und ihr Team auf die Zellchemie. Die Rohstoffe f\u00fcr Schmelzsalzbatterien sind mehrheitlich g\u00fcnstig und in grossen Mengen verf\u00fcgbar. Die Architektur der Zelle erm\u00f6glicht zudem ein einfaches Recycling. Da das Kathodenmaterial Nickel aber zunehmend als kritisch eingestuft wird, machten sich HORIEN und die Empa im Rahmen des durch das Bundesamt f\u00fcr Energie (BFE) gef\u00f6rderten Projektes \u00abHiPerSoNick\u00bb unter anderem daran, den Nickelgehalt der Zellen zu reduzieren. Keine leichte Aufgabe, da f\u00fcr eine effiziente und langlebige Salzbatterie die Zusammensetzung und die Mikrostruktur in der Zelle sehr genau aufeinander abgestimmt sein m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n
Im Rahmen des EU-Projekts \u00abSOLSTICE\u00bb, das noch bis Mitte 2025 l\u00e4uft, untersuchen HORIEN und die Empa, gemeinsam mit weiteren Projektpartnern, ob sich das Nickel in Schmelzsalzbatterien sogar ganz durch Zink ersetzen liesse. \u00abDer niedrige Schmelzpunkt von Zink ist bei der aktuellen Betriebstemperatur aber eine Herausforderung\u00bb, so Meike Heinz. Dennoch konnten die Forschenden bereits vielversprechende Ans\u00e4tze finden, um die Kathodenmikrostruktur zu stabilisieren.<\/p>\n\n\n\n
Auch weitere Folgeprojekte sind bereits angedacht, in denen die Empa-Forschenden versuchen wollen, Nickel-freie Salzbatterien weiter zu verbessern \u2013 und zu skalieren. Denn mit ihrer Sicherheit, ihrer langen Lebensdauer und dem Verzicht auf kritische Rohstoffe w\u00fcrden sich Salzbatterien ausgezeichnet als station\u00e4re Speicher eignen. Wenn es gelingt, Salzbatterien g\u00fcnstig und in grossen Mengen herzustellen, k\u00f6nnten sie eines Tages nicht nur Mobilfunkantennen, sondern ganze Wohngebiete mit Strom versorgen.<\/p>\n\n\n
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