Fraunhofer-Institut forscht an Aluminium-Ionen-Batterie

Ein Team am Fraunhofer THM forscht derzeit an Aluminium-Ionen-Batterien (AIB). Nach eigenen Angaben konnten die Forschenden bereits die Schnellladefähigkeit der neuen Batterien bei hoher Zyklenstabilität und mit hoher Ladeeffizienz nachweisen.

Um den „drastisch steigenden Bedarf an elektrischen Speichern für mobile und stationäre Anwendungen“ zu decken, arbeitet das Fraunhofer THM (Technologiezentrum Hochleistungsmaterialien) in Freiberg an Post-Lithium-Systemen, die „in einem absehbaren Zeitraum“ zur Marktreife geführt werden sollen. Ein möglicher „Nachfolger“ für Lithium-ionen-Zellen sind demnach Aluminium-Ionen-Batterien, die auf kritische Rohstoffe verzichten und günstiger sind.

Statt der hochreinen und beschichteten Aluminiumfolie in einer Lithium-Ionen-Zelle reicht laut der Fraunhofer-Mitteilung in einer Aluminium-Ionen-Batterie eine „einfache Aluminiumfolie, die zugleich noch als Anode (statt einer Graphit-Anode) dient. „Hierbei werden an das Aluminium keine besonderen Qualitätsanforderungen gestellt und marktübliche kostengünstige Folien reichen für den Zweck völlig aus“, heißt es in der Mitteilung. „Ebenso bieten Aluminiumbatterien ein hohes Maß an Sicherheit, denn es gibt keine Brandgefährdung wie beim Einsatz von Lithium.“ Hinzu kommen Vorteile wie eine theoretisch vierfach höhere volumetrische Energiedichte.

Laut Ulrike Wunderwald, Leiterin der Arbeitsgruppe Batteriematerialien des Fraunhofer IISB (Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie), konnte das Team im Labor mit Graphitpulver als Kathode bereits Energiedichten von 135Wh/kg in Bezug auf die Aktivmasse erreichen. Diese Batterie konnte in weniger als 30 Sekunden voll ge- und entladen werden, das konnten die Forschenden über 10.000 Zyklen mit einer Ladeeffizient von über 90 Prozent nachweisen.

„Unsere neuesten Ergebnisse zeigen, dass auch noch mehr als doppelt so viele Ladezyklen möglich sind“, sagt Wunderland. „Das liegt ganz deutlich über dem, was etablierte Lithium-Ionen-Batterien ausweisen. Unsere Zellen funktionieren dabei unter normalen Umgebungsbedingungen und wir arbeiten bereits mit anwendungsrelevanten Zellkonzepten wie Knopfzellen und Pouch-Zellen. Diese Zellchemie hat ein enormes Potential.“

Offen ist, ob die Technologie auch für den Einsatz in Elektrofahrzeugen geeignet ist. „Eine realistische Anwendung, die schon in wenigen Jahren gelingen könnte, wären beispielsweise hochdynamische Netzspeicher in stationären Systemen, da hier in der Regel kostengünstige Zellen mit hoher Leistungsdichte benötigt werden“, heißt es in der Mitteilung.

Das Fraunhofer Technologiezentrum für Hochleistungsmaterialien THM ist eine Forschungs- und Transferplattform des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS.
idw-online.de, fraunhofer.de