Promotionsstipendium: Nathanael Brandt

Zink-Manganoxid-Batterien mit wasserbasiertem Elektrolyten als Speichertechnologie für die Energiewende

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) dominieren den Markt für stationäre stationären Batteriespeichersystemen, bergen aber insbesondere in Bezug auf Sicherheit sowie Umwelt- und Sozialverträglichkeit bei der Rohstoffgewinnung und in der Produktion eine Vielzahl an Risiken. Alternative Batteriesysteme, wie die wasserbasierten Zink-Ionen-Batterien (ZIB), weisen hier deutliche Vorteile auf. Die leistungsfähige Zink-Manganoxid-Batterie (ZMB) Technologie sticht hervor durch die Einfachheit des Systemaufbaus bei gleichzeitig hoher Sicherheit, weniger kritischen Batteriebestandteilen sowie der Möglichkeit eines umwelt- und sozialverträglichen Rohstoffabbaus.

Aus der Literatur und vorangegangenen Arbeiten am Fraunhofer ISE leiten sich die zwei wesentlichen Forschungsthemen ab, welche eine industrielle Nutzung der ZIB-Technologie zurzeit verhindern und welche die wesentlichen Kernpunkte dieser Forschungsarbeit darstellen:

• Evaluation des kathodenseitigen Reaktionsmechanismus: Besonderer Fokus soll hierbei auf Alterungserscheinungen wie den Aktivmaterialverlust sowie die Reversibilität der Zinkhydroxidsulfat (ZHS) Ausfällung gelegt werden.
• Untersuchung und Eindämmung der Zinkkorrosion und Wasserstoffevolution an der Anode: Untersuchung von Konzepten von verschiedenen Elektrolytadditiven und Elektrodenbeschichtungen sowie -strukturierungen auf deren Wirksamkeit untersucht werden.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es die, die gewonnen Kenntnisse über die Reaktionsmechanismen zu nutzen um die Technologie hinsichtlich ihrer Effizienz, Langzeitstabilität, Energiedichte und Nachhaltigkeit zu verbessern. Begleitend zum Prototypen-Zellaufbau werden Recyclingkonzepte für das Modul und seine einzelnen Bestandteile erarbeitet und validiert.