ETH Zürich

Vanadat-Borat-Glas - die Zukunft der Batterie?

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Reichweite von Elektroautos vergrößern

Um eine leistungsfähige Elektrode zu erzeugen, beschichtete der Forscher das Vanadat-Borat-Pulver zudem mit reduziertem Graphitoxid (RGO). Dieses erhöht einerseits die Leitfähigkeit und schützt andererseits die Elektrodenpartikel. Es behindert die Elektronen und Lithium-Ionen bei ihrem Transport durch die Elektrode jedoch nicht.Aus dem neuen Material gestaltete Afyon schliesslich die Kathode, die er in Prototypen von Knopfzellenbatterien einsetzte.Zu Testzwecken unterzog der Forscher diese Prototypen zahlreichen Lade-Entlade-Zyklen. Bei ersten Versuchen mit Vanadat-Borat-Elektroden, die nicht mit RGO beschichtet wurden, fiel die Entladekapazität nach 30 Lade-Entlade-Zyklen drastisch ab, sobald die gespeicherte Ladungsmenge auf 400 Milliampere pro Gramm (mA/g) erhöht wurde. Mit RGO-Beschichtung hingegen blieb die Kapazität auch bei ziemlich hohen Stromraten über 100 Lade-Entlade-Zyklen stabil.Eine Batterie mit einer RGO-beschichteten Vanadat-Borat-Elektrode verfügte über eine Energiedichte von rund 1000 Wattstunden pro Kilogramm. Sie erreichte eine Entladekapazität, die deutlich über 300 mAh/g (Milliamperestunden pro Gramm) lag. Anfänglich lag diese sogar bei 400 mAh/g, verringerte sich allerdings im Lauf der Lade-Entlade-Zyklen. "Diese Energie würde dennoch reichen, um ein Handy eineinhalb Mal bis doppelt so lange mit Strom zu versorgen wie heutige Lithium-Ionen-Akkus", schätzt Afyon. Auch könnte dies die Reichweite eines Elektroautos um das Eineinhalbfache vergrößern. Noch sind diese Werte allerdings rechnerischer Natur.

20 Jahre warten?

Die Forscher haben ihr neues Material bereits zum Patent angemeldet. Für dessen Entwiclung arbeiteten sie zudem mit der Industrie zusammen. Bis sich ein neues Prinzip am Markt durchsetze, würden wohl 10 bis 20 Jahre vergehen.Die guten Ergebnisse, die die Forscher mit Vanadat-Borat-Glas erzielten, ermutigten sie zu weiterer Forschung. Ein Konsortium unter Jennifer Rupp, Professorin für Elektrochemische Materialien, in dem Afyon Projektleiter ist, arbeitet an einer neuartigen Feststoff-Batterie. In diesem System wird die Vanadat-Borat-Elektrode schon eingesetzt und geprüft. Nun seien sie daran, das System zu optimieren. Insbesondere die Zahl der Lade-Entlade-Zyklen müsse noch stark erhöht werden, was mit einer besseren Auslegung der Batterie und der Elektrode sowie alternativen Beschichtungen anstelle von reduziertem Graphitoxid erreicht werden könne, sagt Afyon.

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