Wissenschaftler des California Institute of Technology (Caltech) und des Jet Propulsion Laboratory der NASA haben gemeinsam mit Forschern des Honda Research Institute eine neue chemische Grundlage für Batterien entwickelt, die im Vergleich zu aktuellen Batterietechnologien die Verwendung von Materialien mit bis zu zehnmal höherer Energiedichte und einer günstigeren Umweltbilanz ermöglicht. Konkret besteht der Durchbruch, den die Forscher gemeinsam im Magazin Science veröffentlicht haben, darin, dass es ihnen gelungen ist, eine Fluorid-Ionen-Batterie (FIB) bei Raumtemperatur zu betreiben.
„Fluorid-Ionen-Batterien bieten eine vielversprechende neue Batteriechemie mit bis zu zehnmal höherer Energiedichte als derzeit verfügbare Lithium-Batterien“, sagt Dr. Christopher Brooks, Chefwissenschaftler am Honda Research Institute laut einer Pressemitteilung. „Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien stellen FIBs kein Sicherheitsrisiko durch Überhitzung dar und die Beschaffung der Grundstoffe für FIBs ist wesentlich umweltfreundlicher als die Extraktion von Lithium und Kobalt,“ erklärt Brooks.
Bislang funktionieren FIBs nur bei 150 Grad Celsius
FIBs gelten zwar als starke Anwärter auf die nächste Generation von Energiespeichern mit hoher Dichte, sind aber durch ihre speziellen Temperaturanforderungen noch nicht alltagstauglich. Derzeit müssen ionenleitendende Festkörperfluorid-Batterien bei Temperaturen von über 150 Grad Celsius betrieben werden, damit der Elektrolyt leitend wird.
Um die Batterie auch für Anwendungen wie Smartphones oder Elektroautos anwendbar zu machen, erarbeitete das Forscherteam ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Fluorid-Ionen-Zelle, die bei Raumtemperatur betrieben werden kann. Der Durchbruch gelang durch die Konstruktion eines chemisch stabilen, flüssigen, sowie fluoridleitenden Elektrolyten mit hoher Ionenleitfähigkeit und einer hohen Betriebsspannung. In Kombination mit einer Verbundkathode mit einer sogenannten core-shell-Nanostruktur aus Kupfer, Lanthan und Fluor zeigten die Forscher umkehrbare elektrochemische Zyklen bei Raumtemperatur.
