Ein Team von Wissenschaftlern am Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) hat bei multivalenten Batterien ein ‚kooperatives‘ Verhalten beobachtet, das bei komplexen Mischungen von Komponenten in Elektrolyten in Batterien auftritt.
Das Team fand heraus, dass die Kombination von zwei verschiedenen Arten von Anionen mit Kationen die Gesamtleistung der Batterie erheblich verbessern kann, indem ein Anion genutzt wird, um ein zweites Anion näher an ein Kation zu ziehen. Dies deutet darauf hin, dass Batterieentwickler mit einer sorgfältigen Auswahl von Ionenmischungen eine Leistungsverbesserung wie eine schnellere und effizientere Stromerzeugung und -speicherung erreichen können.
Multivalente Batterien verwenden Kationen wie Zink, Magnesium und Kalzium, die eine Ladung von +2 im Gegensatz zu +1 bei Lithiumionen haben. Da sie mehr Ladung transportieren, können multivalente Batterien mehr Energie speichern und abgeben. Dies macht sie zu attraktiven Kandidaten für den Ersatz der bestehenden Lithium-Ionen-Batterietechnologien in Elektrofahrzeugen. Sie sind auch für die Netzspeicherung vorgesehen.
Der von den Forschern jetzt beschriebene Effekt wurde bei einem Batteriesystem beobachtet, das eine Zinkanode und eine Mischung aus Zinkkationen, TFSI-Anionen und Chloridanionen als Elektrolyt enthielt.
Die meisten bislang untersuchten multivalenten Batterien sind allerdings nicht sehr leistungsfähig, was ihre kommerzielle Verwendbarkeit einschränkt. Die Ionen und Elektroden neigen dazu, instabil zu sein und sich zu zersetzen. Infolgedessen sind die Elektrolyte nicht in der Lage, Kationen effizient zu transportieren, was die Fähigkeit der Batterie, Strom zu erzeugen und zu speichern, beeinträchtigt.
Deshalb ist es wichtig, ein viel tieferes Verständnis dafür zu entwickeln, wie Kationen mit anderen Ionen, Atomen und Molekülen im Elektrolyten interagieren. (jr)
