© IBM / Im Batterieforschungszentrum von IBM
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IBM: Schwermetallfreie Batterie bietet bessere Leistung als Li-Ionen Batterien

Immer noch gibt es Bedenken hinsichtlich der Nachhaltigkeit der verfügbaren Batterietechnologien - Alternativen sind jedoch im Kommen.

Viele Batteriematerialien, darunter auch Schwermetalle wie Nickel und Kobalt, bergen enorme ökologische und humanitäre Risiken. Insbesondere Kobalt, das größtenteils in Zentralafrika erhältlich ist, ist in letzter Zeit wegen teilweise unachtsamer und ausbeuterischer Gewinnung unter Beschuss geraten.

Ein Team vom Battery Lab von IBM Research hat deswegen, unter Verwendung von drei neuen und unterschiedlichen proprietären Materialien, die noch nie als in einer Batterie kombiniert erfasst wurden, eine Chemie für eine neue Batterie entdeckt, bei der keine Schwermetalle oder jegliche andere Substanzen mit Beschaffungsproblemen verwendet werden.

Die Materialien für diese Batterie können aus Meerwasser gewonnen werden und bilden so die Grundlage für weniger invasive Beschaffungstechniken als manche der derzeitigen Methoden des Materialabbaus.
Genauso vielversprechend wie die Zusammensetzung dieser neuen Batterie ist ihr Leistungspotential. In ersten Tests hat sich gezeigt, dass es optimiert werden kann, um die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien in einer Reihe von Kategorien zu übertreffen, darunter niedrigere Kosten, schnellere Ladezeiten, höhere Leistung und Energiedichte, hohe Energieeffizienz und geringe Entflammbarkeit.

Verwendet wird dazu ein kobalt- und nickelfreies Kathodenmaterial sowie ein sicherer flüssiger Elektrolyt mit hohem Flammpunkt. Diese einzigartige Kombination aus Kathode und Elektrolyt zeigte die Fähigkeit, Lithiummetalldendriten während des Ladens zu unterdrücken und dadurch die Entflammbarkeit zu verringern, was allgemein als wesentlicher Nachteil für die Verwendung von Lithiummetall als Anodenmaterial angesehen wird.

Diese Entdeckung birgt zum Beispiel ein erhebliches Potenzial für Batterien von Elektrofahrzeugen, wenn es um Entflammbarkeit, die Kosten und die Ladezeit geht. Aktuelle Tests zeigen, dass der Akku, der für hohe Leistung konfiguriert ist, weniger als fünf Minuten benötigt, um einen Ladezustand von 80 Prozent zu erreichen. In Kombination mit den relativ geringen Kosten für die Materialbeschaffung könnte so das Ziel eines schnell aufladbaren und kostengünstigen Elektrofahrzeugs Wirklichkeit werden.

Beispielsweise ist für Elektroflugzeuge der Zugang zu Batterien mit sehr hoher Leistungsdichte, die eine Leistungslast schnell skalieren können, von entscheidender Bedeutung. Optimiert für diesen Faktor übertrifft dieses neue Batterie-Design mehr als 10.000 W/L und übertrifft damit die derzeit leistungsstärksten verfügbaren Lithium-Ionen-Batterien. Darüber hinaus haben die Tests bei IBM gezeigt, dass diese Batterie für einen langen Lebenszyklus ausgelegt werden kann. Dies macht sie zu einer Option für intelligente Stromnetzanwendungen und neue Energieinfrastrukturen, bei denen Langlebigkeit und Stabilität entscheidend sind.

Insgesamt hat dieser vollends neue Akku die Fähigkeit bewiesen, vorhandene Lithium-Ionen-Batterien nicht nur in den zuvor aufgeführten Anwendungen zu übertreffen, sondern kann auch für eine Reihe spezifischer Vorteile optimiert werden, darunter:

Geringere Kosten: Die aktiven Kathodenmaterialien sind in der Regel kostengünstiger, da sie frei von Kobalt, Nickel und anderen Schwermetallen sind. Diese derzeit verwendeten Materialien sind in der Regel ressourcenintensiv und es gibt auch Bedenken hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit.

Schnelleres Laden: Es sind weniger als fünf Minuten erforderlich, um einen Ladezustand von 80 Prozent (State of Charge, SOC) zu erreichen, ohne die spezifische Entladekapazität zu beeinträchtigen.

Hohe Leistungsdichte : Mehr als 10.000 W / L. (Überschreitung des Leistungsniveaus, das die Lithium-Ionen-Batterietechnologie erreichen kann).

Hohe Energiedichte : Über 800 Wh / L, vergleichbar mit dem neuesten Lithium-Ionen-Akku.

Hervorragende Energieeffizienz: Mehr als 90 Prozent (berechnet aus dem Verhältnis der Energie zum Entladen der Batterie zur Energie zum Laden der Batterie).

Geringe Entflammbarkeit von Elektrolyten

Vom Labor zur Industrie mit Automobil-, Elektrolyt- und Batterieherstellern

Um diese neue Batterie von der frühen explorativen Forschung in die kommerzielle Entwicklung zu überführen, hat IBM Research sich mit Mercedes-Benz Research & Development North America, Central Glass, einem der weltweit führenden Anbieter von Batterieelektrolyten, und Sidus, einem Batteriehersteller, zusammengeschlossen . Ziel ist die Schaffung eines neuen Batterieentwicklungs-Ökosystems der nächsten Generation. Die Pläne für eine größere Entwicklung dieser Batterie sind zwar noch in der Explorationsphase, aber es besteht Hoffnung, dass dieses aufstrebende Ökosystem dazu beiträgt, diese Batterien in die Realität umzusetzen.

Beschleunigung der Materialentdeckung mit AI

Zukünftig hat das Team auch eine künstliche Intelligenz (KI) implementiert, die als semantische Anreicherung bezeichnet wird, um die Batterieleistung weiter zu verbessern, indem sicherere und leistungsstärkere Materialien identifiziert werden. Mithilfe von Techniken des Maschinenlernens können die Forscher rasch Zugang zu Erkenntnissen aus Millionen von Datenpunkten erhalten, um ihre Hypothese zu untermauern. IBM verfügt über langjährige Erfahrung in rascher Entwicklung: Durch IBM Research wurde z.B. auch eine Ära der schnelleren und billigeren Halbleiterentwicklung eingeläutet, die heute das Rückgrat elektronischer Geräte darstellt.

Weitere Info: IBM Research


Artikel Online geschalten von: / holler /