Energiespeicher der nächsten Generation
© RX/Shutterstock
Bar ohne Namen
Entschlossen verweigert sich Savage, der Bar einen Namen zu geben. Stattdessen sind drei klassische Design-Symbole das Logo der Trinkstätte in Dalston: ein gelbes Quadrat, ein rotes Viereck, ein blauer Kreis. Am meisten wurmt den sympathischen Franzosen dabei, dass es kein Gelbes-Dreieck-Emoji gibt. Das erschwert auf komische Weise die Kommunikation. Der Instagram Account lautet: a_bar_with_shapes-for_a_name und anderenorts tauchen die Begriffe ‘Savage Bar’ oder eben ‚Bauhaus Bar‘ auf.
Für den BCB bringt Savage nun sein Barkonzept mit und mixt für uns mit Unterstützung von Russian Standard Vodka an der perfekten Bar dazu.
Das Forschungsteam um Gauthier Studer unter Leitung von Prof. Dr. Birgit Esser von der Universität Ulm und Prof. Dr. Ingo Krossing sowie Prof. Dr. Anna Fischer von der Universität Freiburg hat ein organisches Redox-Polymer als positives Elektrodenmaterial für Aluminium-Ionen-Batterien (AIB) entwickelt. Die Verwendung von Aluminium-Ionen-Batterien wird als vielversprechende Option angesehen, um herkömmliche Batterien zu ersetzen, die auf knappe und schwer recycelbare Rohstoffe wie Lithium angewiesen sind. Schließlich ist Aluminium eines der häufigsten Elemente in der Erdkruste, kann leichter recycelt werden und bietet Vorteile von Sicherheit und kostengünstigerer Herstellung im Vergleich zu Lithium. Allerdings befindet sich die Entwicklung von Aluminium-Ionen-Batterien noch in einem frühen Stadium, da geeignete Elektrodenmaterialien fehlen, die eine ausreichende Speicherkapazität ermöglichen.
Der Klimawandel und die steigende Nachfrage nach elektrischer Energie erfordern die Entwicklung neuartiger Geräte für die Speicherung erneuerbarer Energien. Während klassische Lithium-Ionen-Batterien von technischen Elektrodenmaterialien profitieren könnten, sollten Batterien der nächsten Generation auf reichlich vorhandene Elemente zurückgreifen, sicher und kostengünstig sein, ungiftige Materialien verwenden und leicht zu recyceln sein.
Aluminium-Ionen-Batterien mit verbesserter Speicherkapazität
Aluminium ist das am häufigsten in der Erdkruste vorkommende Metall und lässt sich leicht recyceln. Seine hohe volumetrische Kapazität von 8040 mA h cm-3 als negatives Elektrodenmaterial übertrifft sogar die von Lithium mit 2046 mA h cm-3. Im Gegensatz zu letzterem kann es reversibel abgelöst und abgeschieden werden, ohne dass sich Dendriten bilden, wodurch sich Kurzschlüsse verhindern lassen. Vorteilhaft ist auch, dass die derzeit in Al-Batterien verwendeten ionischen Flüssigelektrolyte nicht entflammbar sind.
Wiederaufladbare AIB versprechen daher als Energiespeicher der nächsten Generation großes Potenzial. Die derzeit verwendeten positiven Elektrodenmaterialien leiden jedoch unter einer geringen spezifischen Kapazität, was die spezifischen Energien dieser AIBs begrenzt.
Ein Elektrodenmaterial, das komplexe Aluminium-Anionen einlagert
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde ein positives Elektrodenmaterial entwickelt, das aus einem organischen Redox-Polymer auf Basis von Phenothiazin besteht. Damit stellt das Team organisches Redox-Polymer mit zwei gut definierten Redox-Prozessen als positives Elektrodenmaterial vor, das diese Mängel überwindet. Im Versuch speicherten die Aluminium-Batterien mit diesem Elektrodenmaterial eine bisher nicht erreichte Ladung von 167 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g). Das organische Redox-Polymer übertrifft damit die Kapazität von Graphit.
Mit seiner hohen Entladespannung und spezifischen Kapazität sowie seiner guten Kapazitätserhaltung bei schnellen C-Raten stellt das Elektrodenmaterial einen großen Fortschritt in der Entwicklung von wiederaufladbaren Aluminium-Batterien und somit von fortschrittlichen und erschwinglichen Energiespeicherlösungen dar.
Birgit Esser, Institut für Organische Chemie II und Neue Materialien Universität Ulm
Das Elektrodenmaterial wird beim Laden der Batterie oxidiert und lagert dabei komplexe Aluminat-Anionen ein. Das organische Redox-Polymer Poly(3-vinyl-N-Methylphenothiazin) schafft es auf diese Weise, während der Ladung zwei [AlCl4]−-Anionen reversibel einzulagern. Als Elektrolyt verwendeten die Forschenden Ethylmethylimidazoliumchlorid als ionische Flüssigkeit unter Zusatz von Aluminiumchlorid. Dabei liegt der Fokus des Forschungsteams darauf, neue organische redox-aktive Materialien zu entwickeln, die eine hohe Leistungsfähigkeit und reversible Eigenschaften aufweisen. Durch die Untersuchung der Redox-Eigenschaften von Poly(3-vinyl-N-Methylphenothiazin) in der Chloroaluminat-basierten ionischen Flüssigkeit wurde ein bedeutender Durchbruch erzielt, indem erstmals ein reversibler Zwei-Elektronen-Redox-Prozess für ein phenothiazinbasiertes Elektrodenmaterial nachgewiesen werden konnte. Die Forschungergebnisse sind vielversprechend und werden wohl weitere Untersuchungen von organischen Redoxpolymeren als positive Elektrodenmaterialien anstoßen und damit den Weg zu nachhaltigeren Energiespeichern ebnen.
Konzept der Al/X-PVMPT-Batterie. (a) Redoxprozesse im Phenothiazin-basierten Polymer X-PVMPT mit Oxidationsstufen (A, B, C und D). (b) Schematischer Aufbau der Al/X-PVMPT-Batterie (die Farben der Redoxzustände der PT-Einheiten wurden ähnlich wie die experimentell beobachteten gewählt).
Originalquelle Universität Freiburg
Originalpublikation: G. Studer, A. Schmidt, J. Büttner, M. Schmidt, A. Fischer, I. Krossing and B. Esser, Energy Environ. Sci., 2023
