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Was sind Festkörperbatterien?
Was sind Festkörperbatterien?
Bei Festkörper- oder auch Feststoffbatterien liegen beide Elektroden und der Elektrolyt als festes Material vor. Obwohl sich bereits einige Festkörperbatterien in der Anwendung in Elektroautos bzw. –lastwagen (z.B. im „Bollore Blue Car“)befinden, sind die meisten aktuell noch in der Entwicklung.
Die Vorteile von Festkörperbatterien (engl. All-Solid-State Batteries, ASSB) gegenüber den gängigen Flüssigelektrolytbatterien sind der Ersatz des (meist leicht entzündlichen) Flüssigelektrolyts durch einen Feststoffelektrolyten. Weiterhin weisen Festkörperbatterien eine höhere Energiedichte und eine schnellere Ladefähigkeit auf, was für die zunehmende Elektromobilität bedeutend ist.
Für Festkörperbatterien kommen verschiedene Materialien wie Polymere, Metalle, Keramiken in unterschiedlichen Kombinationen zum Einsatz.
Was sind Flüssig-Elektrolytbatterien?
Flüssig-Elektrolytbatterien werden seit vielen Jahren angewendet und sind derzeit die am häufigsten eingesetzten Batterien, z.B. Lithium-Ionen-Batterien (LIB) in Mobiltelefonen. Bei Flüssigbatterien liegen die Elektrolyte in gelöster Form vor, die Elektroden bestehen jedoch aus einem festen Material. Die Flüssigelektrolyte sind meist leicht entzündlich, was häufig als Nachteil gesehen wird. Daher befinden sich derzeit Festkörperbatterien in der Entwicklung, bei welchen die Elektrolyte in fester Form vorliegen.
Welche Arten von Flüssigelektrolyten gibt es?
Flüssige Elektrolyte sind meist wasserbasierte Salzlösungen, die aus organischen und anorganischen Säuren bestehen. Aber auch einfache Kochsalzlösungen können zum Einsatz kommen.
Welche Arten von Akkus (Sekundärbatterien) gibt es und wo werden diese eingesetzt?
Es gibt eine Vielzahl von Akkus oder Sekundärbatterien, die sich grob in Flüssig-Elektrolytbatterien (auch Nasszelle genannt) und Festkörperbatterien einteilen lassen. Generell bestehen sie aus 2 Elektroden und einen Elektrolyt, die jeweils aus unterschiedlichen Materialien bestehen können.
Der Großteil der derzeit und auch in naher Zukunft eingesetzten Akkus sind Flüssigelektrolytbatterien, hauptsächlich Lithiumionenbatterien.
Einige Festkörperbatterien befinden sich bereits in der Anwendung, die meisten anderen befinden sich derzeit in der Grundlagenforschung. Verwendete Materialien sind beispielsweise Natrium, Magnesium oder Aluminium.
Was ist der Unterschied zwischen Perowskit- und herkömmlichen Solarzellen?
Herkömmliche Solarzellen bestehen oft aus Silizium, das in amorpher oder kristalliner Form eingesetzt wird. Man braucht viel Know-How und Geld, um es herzustellen und die Ausbeute bei der Lichtenergieumwandlung in kommerziellen Produkten liegt unter 25% [1]. Deshalb werden auch Solarzellen aus anderen Elementen hergestellt. Zu den prominentesten Vertretern zählen hier GaAs (Galliumarsenid), CdTe- (Cadmium-Tellur) und CIGS- (Kupfer-Indium-Gallium-Selen) Solarzellen. Diese Elemente sind umstritten, da einige z.B. giftig, nur schwer aus sozial / ethisch vertretbaren Quellen zu beziehen und meist sehr teuer sind.
Deshalb werden nachhaltige Alternativen gesucht: Perowskit-Solarzellen könnten billiger herzustellen und die Ausgangsstoffe leichter zu beschaffen sein. Allerdings enthalten sie ebenfalls giftige Elemente (Stand 2022). Daher wird an weniger toxischen Perowskit-Solarzellen intensiv geforscht. Im Labor wurden bereits gute Lichtausbeuten erzielt und speziell die Möglichkeit, halbtransparente Zellen zu bauen, könnte zu sehr hohen Ausbeuten bei der Lichtenergieumwandlung führen, wenn Perowskit- und herkömmliche Solarzellen übereinander angeordnet werden (Tandem-Solarzelle).
Weiterführende Informationen:
- US National Renewable Energy Laboratory (NREL) – Best Research-Cell Efficiency Chart