Aerobe Elektrofahrzeuge

Im Vergleich zu herkömmlichen Li-ion-Batterien verwenden Metall-Luft-Akkumulatoren Sauerstoff aus der Umgebung anstelle von Sauerstoff, der in Chemikalien in der Batterie gespeichert ist. Hierdurch werden Gewicht und Masse gesenkt und die Energiedichte gestärkt, also die erzeugte Energie im Vergleich zur Batteriegröße gesteigert. Trotz der Vorteile gestaltet sich die Herstellung wiederaufladbarer Metall-Luft-Akkumulatoren als schwer, sodass diese zur Zeit nur als primäre Einheiten zur Verfügung stehen.

Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts „New concept of metal-air battery for automotive application based on advanced nanomaterials“ (NECOBAUT) wird eine Eisen–Luft-Batterie entwickelt, bei der kostengünstige nanostrukturierte Kohleelektrodenmaterialien und ein Kaliumhydroxid als Elektrolyt verwendet werden. Der wichtigste Marktsektor ist vollständig auf Elektrofahrzeuge ausgerichtet.

Im Hinblick auf die Anoden untersuchte das Team verschiedene nanostrukturierte Eisencarbidmaterialien, die auf oberflächenintensivem Kohlenstoff, das von einem Projektpartner vorbereitet wurde, unterstützt werden. Es wurden Zusatzstoffe hinzugefügt, um die Wasserstoffbildung gering zu halten und Ladeeffizienz zu steigern.

Verschiedene Katalysatoren wurden luftseitig (Kathode) getestet, so unter anderem auch innovative Perovskit-Materialien, die im Rahmen des Projekts entwickelt worden waren. Die Katalysatoren wurden mit marktgängigen Kohlenstoffunterlagen und mit dem Projektkohlenstoff untersucht. Die Perovskit-Materialien erwiesen sich im Zusammenhang mit dem Projektkohlenstoff als vielversprechendster Katalysator.

Die Eisen- und Luftelektroden wurden in einem neuartigen Metall-Luft-Akkumulator hergestellt und angeordnet. In diesem Akkumulator zirkuliert das Elektrolyt, um Wärme und Gase abzuleiten. Ein Trennelement verhindert, dass intern Kurzschlüsse auftreten und verbessert die Sicherheit.

Vorläufige Tests zeigen ein Potenzial zur Erreichung der Ziele im Hinblick auf die Energiedichte. Daher führt das Team derzeit Untersuchungen durch, um die Zelle bei höheren Stromdichten zu laden. Ein Zellenmodell hilft bei der Optimierung von Entwürfen.

Die Optimierung aller Materialien und Komponenten im Rahmen einer Reihe von Betriebsbedingungen während der kommenden Projektphase wird die Gestaltung des finalen Prototyps erleichtern. Neben weiteren Verbesserungen sollen eine höhere Elektrodenenergieleistung und ein besserer Korrosionsschutz erreicht werden. Eine kostengünstige Alternative zu Li-ion-Batterien, die eine lange Lebensdauer aufweist und allen Elektrofahrzeugen ermöglicht, weitere Strecken vor dem nächsten Aufladen zurückzulegen, ist von großer Bedeutung. Die großflächige Marktaufnahme solcher Fahrzeuge bringt entscheidende Vorteile für Hersteller, Verbraucher und die Umwelt mit sich.