Helmholtz-Zentrum entwickelt neuartige Alkalimetall-Iod-Batterie

Forscher und Forscherinnen des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) haben einen neuen Typ Batterie entwickelt. Dabei handelt es sich um eine sogenannte Alkalimetall-Iod-Batterie, die hauptsächlich aus Zink, Nickel, Lithium und Graphit besteht. Den Entwicklern zufolge eignet sich die Batterie weder für tragbare Geräte oder Elektroautos, sondern am ehesten für den netzdienlichen Einsatz als Pufferspeicher. Der Grund dafür liegt darin, dass die Batterie eine Betriebstemperatur von 240 Grad Celsius hat und somit gut gedämmt sein muss. Das braucht Platz.

„An solche Pufferspeicher werden einige Anforderungen gestellt“, sagt Tom Weier vom Institut für Fluiddynamik des Helmholtz-Zentrums. „Sie müssen günstig in der Herstellung sein und sich einfach skalieren lassen. Beide Herausforderungen soll unser neuer Batterietyp in Zukunft meistern.“

Dem ist so, weil der Aufbau der Batterie sehr einfach ist. Die Anode besteht aus einem in Lithium eingebetteten Nickelschwamm. Im unteren Zellbereich werden Elektronen über einen Graphitfilz abgeleitet. Der Grund, warum die Batterie so heiß ist, liegt in der Wahl des Elektrolyts: Flüssigsalz, dass erst auf Temperatur gebracht werden muss, um auch flüssig zu sein.

Die Idee für den Aufbau der Batterie bekam Juhan Lee, der das Projekt leitet, durch das Projekt „Solstice“, das im Rahmen des europäischen Forschungsprogramms Horizon 2020 durchgeführt wurde. Mit acht Millionen Euro förderte die Europäische Union die Entwicklung einer Flüssigmetall-Batterie auf der Basis von Zink und Natrium.

Da der Aufbau so simpel ist und keine komplexe Membrane benötigt, werden für eine Massenfertigung keine besonderen Maschinen nötig. Einer Serienproduktion steht so nichts im Wege. Hinzu kommt, dass die Kosten der Produktion dadurch auch niedrig gehalten werden, sodass sich die Kosten der Batterie zum größten Teil aus den Materialkosten ergeben, so die Forschenden.

Beim Thema Recycling bietet der einfache Aufbau auch einige Vorteile. Hat die Batterie das Ende ihrer Tage erreicht, wird sich noch einmal komplett aufgeladen. Danach wird sie herabgekühlt, wobei sich das Salz verfestigt. Der lithiumhaltige Salzblock und die anderen Komponenten lassen sich dann einzeln entnehmen und dem Wirtschaftskreislauf wieder hinzufügen.

„Andere Batteriekonzepte basieren auf ziemlich intensiven Materialmixen auf Nanometer-Ebene“, erklärt Weier. „Um diese beim Recycling wieder auseinanderzubekommen, bedarf es zum einen intelligenter Lösungen, zum anderen ist dafür aber auch viel Energie notwendig. Das ist bei unserem Konzept anders.“

Mit dem Konzept konnte das von Juhan Lee geleitete Team den Innovationswettbewerb des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf für sich entscheiden. Die Jury begründete ihre Entscheidung damit, dass die Batterie einen einfachen Aufbau hat, sich somit kostengünstig produzieren lässt und an ihrem Lebensende ohne großen technischen oder energetischen Aufwand recycelt werden kann. „Wir freuen uns sehr darüber, dass wir die Jury mit unserem Ansatz überzeugt haben“, sagt Lee. „Denn als einer der Gewinner erhalten wir durch das Technologiemanagement des HZDR und Partnereinrichtungen wie ‚dresden|exists‘ oder die ‚HighTech-Startbahn‘ wertvolle Unterstützung für die Weiterentwicklung unserer Idee bis hin zur Marktreife.“