Energiespeicher der Zukunft müssen fortschrittlich, kostengünstig und nachhaltig sein. Dafür ist es entscheidend, dass die verwendeten Materialien sowohl gut verfügbar als auch recycelbar sind. Ein Forschungsteam der TU Bergakademie Freiberg hat nun bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung einer Aluminiumbatterie erzielt, die diesen Anforderungen gerecht wird. Die Batterie besteht aus Aluminium als Anode, Grafit als Kathode und einem an der Universität entwickelten, neuartigen Elektrolyten auf Polymerbasis, berichtet die TU Bergakademie Freiberg. Die Validierung des Batterieprototyps für die industrielle Produktion wird bis Ende des kommenden Jahres durch das sächsische Wirtschaftsministerium und den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.
Mit langen schwarzen Gummihandschuhen greift Amir Mohammad in eine Glovebox, um ein Döschen mit einem honigfarbenen Polymer zu öffnen. Mit einem Spatel trägt er es behutsam auf eine dünne Aluminiumfolie auf. Schließlich beschichtet er die Aluminiumfolie mit dem Polymer in einem sogenannten Kalander mit heizbaren Walzen. Das sind bereits zwei Drittel der Batterie, erklärt Amir Mohammad. Die Aluminiumfolie dient als Anode, während die Polymerschicht den Elektrolyten bildet. Kombiniert man diese mit einer Grafitkathode, entsteht eine einzelne Zelle für den Prototypen der Aluminiumpolymerbatterie. Der erste Prototyp, bestehend aus einem sogenannten Stack mit zehn Zellen, wird etwa 1 Wattstunde (Wh) Energie speichern können.
Amir Mohammad forscht mit Kollegen an neuartiger Aluminiumpolymerbatterie (Bild: TUBAF/A. Hiekel)
Nun hebt die Förderung der Sächsischen Aufbaubank im Rahmen des Programms zur Validierungsförderung des sächsischen Wirtschaftsministeriums die Batterieentwicklung auf die nächste Stufe: Ziel der Weiterentwicklung ist eine Speicherkapazität von zehn Kilowattstunden (kWh), was der durchschnittlichen Tagesproduktion einer Photovoltaikanlage auf dem Dach eines Einfamilienhauses entspricht, erklärt der wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts für Experimentelle Physik. Damit wird die neuartige Aluminiumpolymerbatterie eine Option für den Einsatz als stationärer Stromspeicher, speziell bei privaten Photovoltaikanlagen.
Polymer-Festelektrolyt
Besonderes Augenmerk legt das Team auf die Elektrolytlösung zwischen Anode und Kathode: Für diesen Zweck haben die Forscher nach Aussage von Projektmitarbeiter Oliver Schmidt einen Polymerelektrolyten auf Basis einer ionischen Flüssigkeit entwickelt. Dabei handle es sich um eine Mischung aus Triethylaminhydrochlorid und Aluminiumchlorid, die zusammen mit Polyamid ein festes Netzwerk bilden. Im Vergleich zu traditionellen flüssigen Elektrolyten bietet dieser Festelektrolyt zahlreiche Vorteile: Er kann nicht auslaufen, ist resistent gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff und reduziert Korrosion, erläutert Oliver Schmidt. Zudem ersetze er die übliche Separatorschicht, was die Batterie sicherer und kostengünstiger in der Herstellung mache.
Als nächsten Schritt testet das Team die Verarbeitung der Materialien sowie die Herstellung der Aluminiumpolymerbatterie in einer sogenannten Rolle-zu-Rolle-Fertigungsanlage. Ende 2025 erwarten die beiden Forscher belastbare Ergebnisse zur Verwertung ihres innovativen Batterieprototypen.
Nachfolger für Lithium?
Für die Elektrifizierung und damit Flexibilisierung energieintensiver Technologien brauchen wir neue Energiespeicher, erklärt Prof. Dr. Dirk C. Meyer, Direktor des Instituts für Experimentelle Physik sowie Sprecher des Zentrums für effiziente Hochtemperatur-Stoffwandlung (ZeHS) an der TU Bergakademie Freiberg. Die Aluminiumpolymerbatterie sei eine vielversprechende Alternative zu Lithiumionenbatterien, an der sein Team schon seit rund zehn Jahren intensiv forsche und die nun im Hinblick auf eine industrielle Produktion und Anwendung geprüft werde.
Das sächsische Wirtschaftsministerium fördert nach Mitteilung der TU Bergakademie Freiberg den Transfer der Forschungsergebnisse in die Anwendung mit insgesamt 241 562 Euro bis November 2025.
- www.tu-freiberg.de
Text zum Titelbild: Die beschichtete Aluminiumfolie mit dem neu entwickelten Polymer wird in einem sogenannten Kalander mit heizbaren Walzen zu einer Batterie gefertigt (Bild: TUBAF/A. Hiekel)
