Wissenschaftler der KAUST haben in Zusammenarbeit mit ihren Kollegen der King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST) einen Durchbruch erzielt, der die Leistung von Lithium-Metall-Batterien erhöhen und ihre Kosten senken könnte, indem sie Nylon in das Design einbeziehen.
Neben ihren geringeren Kohlendioxidemissionen haben Lithiumbatterien eine hohe Energiedichte und sind leichter als andere Batterien. Deshalb werden sie in Smartphones verwendet, die so klein sind, dass sie in die Hosentasche passen, und in der leichten, winzigen Elektronik, die uns die Reise ins All ermöglicht hat.
Es gibt zwei Arten von Lithiumbatterien. Lithium-Ionen-Batterien sind der im Handel häufigere Typ und werden in Laptops, Smartphones und anderen elektronischen Geräten verwendet. Die zweite Art sind Lithium-Metall-Batterien, die eine höhere Energiedichte aufweisen und in der Robotik, im Verkehrswesen und in anderen Industriezweigen eine breitere Anwendung finden. Bei der Herstellung und dem Betrieb der derzeitigen Lithium-Metall-Batterien werden korrosive und gefährliche Materialien verwendet, die zu vielen unerwünschten Reaktionen führen, die die Leistung und Sicherheit beeinträchtigen.
Nylon als Zusatzstoff
Zusatzstoffe tragen zur Stabilisierung von Batterieschnittstellen bei und verbessern so die Leistung. In den Studien fanden die Forscher heraus, dass Nylon, das gleiche Polymer, das auch für Kleidung verwendet wird, in einer milden Lithiumlösung aufgelöst werden kann, um als Zusatzstoff für Lithium-Metall-Batterien zu dienen. Das Ergebnis waren Lithium-Metall-Batterien, die effizienter waren, eine längere Lebensdauer hatten und weniger unerwünschte Reaktionen aufwiesen.
„Mein Forschungsteam widmet sich der Entwicklung von Lösungen für erneuerbare Energien und deren Speicherung, wie etwa Batterien mit höherer Energiedichte und mehr Sicherheit, um die Einführung der Dekarbonisierung im Königreich zu beschleunigen. Dies war eine Entdeckung, die billigere und sicherere Zusatzstoffe verspricht und den Nutzen wissenschaftlicher Grundlagenforschung zeigt“, sagte Husam Alshareef, Professor an der KAUST und Vorsitzender des KAUST Center of Excellence for Renewable Energy and Storage Technologies (CREST), der die beiden Studien leitete.
Dr. Hussam Qasem, General Manager des Future Energy Technologies Institute der KACST, betonte seinerseits die Bedeutung dieser Entwicklung: „Diese Forschung trägt zur Entwicklung von Leichtbaubatterien bei, die gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit bieten, die Ziele des Königreichs bei der Herstellung von Elektrofahrzeugen unterstützen und neue Möglichkeiten für deren Einsatz in der Luftfahrt eröffnen.“
Batterietechnologien vorantreiben
Auf der Grundlage dieses Fortschritts hob er die Rolle des Nationalen Labors bei KACST hervor, um die Wirkung zu beschleunigen: „Das KACST richtet über das Future Energy Technologies Institute und in Zusammenarbeit mit dem CREST eine Pilotlinie ein, um die Lücke zwischen den Ergebnissen der Grundlagenforschung im Labor und der industriellen Produktion zu schließen. Dieses Projekt zielt darauf ab, vielversprechende Batterietechnologien, wie die in dieser Forschung entwickelte, in größerem Maßstab zu entwickeln, um sie näher an reale Anwendungen in Elektrofahrzeugen und in der Luftfahrt heranzuführen. Darüber hinaus wird es das Vertrauen der Industrie in diese Innovationen stärken, Investitionen fördern und ihre Kommerzialisierung beschleunigen.“
Die KAUST eröffnete CREST im September 2023 im Einklang mit ihrer neuen strategischen Ausrichtung, die Forschung zum Nutzen Saudi-Arabiens voranzutreiben. Das Königreich investiert stark in nachhaltige Energietechnologien, da Saudi-Arabien erklärt hat, dass es bis 2060 eine kohlenstofffreie Wirtschaft anstrebt.
