“Argonne Settles On Two Most Promising Successors To Lithium Ion Battery”
19. Dezember 2016

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Deutsche Zusammenfassung von Tim Schäfer Envites Energy, Nordhausen
Argonne = Argonne National Lab – USA (Argonne is a multidisciplinary science and engineering research center)
www.anl.gov

JCESR= Joint Centre for Energy Storage

Zwei vielversprechende Nachfolger von Lithium-Ionen-Batterien aus Sicht der Experten des US –Argonne Forschungszentrums


Auf Forbes resp. im Fachjournal „energyharvesting“ haben sich Experten von Argonne zur Strategie im Energiespeichersegment geäußert.

JCESR Direktor George Crabtrec gibt uns freundlicherweise einen kleinen Einblick: Mit dem bei Argonne etablierten „Joint Centre for Energy Storage (JCESR)“ wurde eine Schlüsselfunktion in der Forschung gemeinsam mit dem US DoE - Department of Energy (DOE) Energy etabliert. Die Brückenfunktion besteht im Schluss von Grundlagenarbeiten bis hin zur Kommerzialisierung. Dies unter interdisziplinärer Integration von Discovery Science, Batterie-Design, Forschung, Prototyping und Produktionsforschung. Virtuelle, computergestützte Methoden wie „Triboelektrisches Energy Harvesting“ (TENG) 2017-2027 sollen die fünf technisch-ökonomische Modelle, von JCESR geschaffen, zielführend unterstützen. Diese Modelle werden verwendet, um die besten Wege zu bewerten, um für Lithium-Ionen-Systeme über 400 Wattstunden pro Kilogramm zu erreichen (400 Wh / kg) und $ 100 pro Kilowattstunde (100 $ / kWh).

Die Vision ist kühn:  Hochleistungsspeicher und deren Wirtschaftlichkeit stehen im Fokus (mobil wie ortsfest). Die Arbeiten reichen von einer Bibliothek zu Grundlagen (bereits mehr als 24.000 Electrolyte Genome / Materialien) auf atomarer und molekularer Ebene sowie neuartige Prototypen. Diese sollen bei fünffach gesteigerter Energiedichte nur noch ein Fünftel der Kosten ausmachen!

Verknüpfte Makromoleküle für Redox-Flow Batteriesysteme

Grid: Das Raster Prototyp ist ein organischer "Redox-Flow" Batterie, die aus zwei energiereichen Flüssigkeiten besteht.  JCESR verfolgt zwei Innovationen zu den Flow-Batterien. Die erste Innovation beinhaltet die Verwendung von preiswerten, recyclingfähigen und vielseitiger organischer Moleküle (Oligomere von bis zu 10 Molekülen, Polymeren von bis zu 1000-Molekülen und kolloidalen Teilchen von einer Million zu einer Milliarde Moleküle). Diese verknüpften "Makromoleküle" sind groß genug, um von JCESR die zweite Innovation, einer speziellen porösen Polymermembran blockiert zu werden. 

makromolekuele


Lithium-Metall Anoden und Polymer- Verbundschwefelkathoden

Der Transport Prototyp enthält eine Lithiummetallanode, geschützt durch eine Graphenoxid Membran, eine Polymer-Verbundschwefelkathode und einen Elektrolyten, die schwer löslich für  Polysulfide ist, die sich während der Ladung und Entladung ausbilden. Dieses Batteriesystem ist attraktiv wegen seiner hohen theoretischen Energiedichte und der geringen Kosten von Schwefel.

Proof-of-Prinzip Prototypen werden in Kürze ausgewertet werden.

Metallanode


Luftatmende Wässrige Schwefel - Flow - Batterien:

JCESR Forscher einen neuen Ansatz für eine Flow - Batterie entwickelt, die eine wässrige Schwefel Anode und Kathode mit Sauerstoff verbinden. Dieses Konzept nutzt den Vorteil der geringen Kosten von Schwefel und Wasser und beseitigt die Notwendigkeit für eine Lithiummetallanode und die damit verbundenen Probleme. Die extrem niedrige Kosten für dieses Konzept zielt auf neue Grid - Anwendungen wie zum Beispiel saisonale Speicherung.  Das Batteriekonzept stellt einen revolutionären Ansatz dar.

Multivalente Batterien:

In mehrwertigen Batterien, ersetzen Wissenschaftler die einfach geladenen Lithium - Ionen mit Ionen mit zwei oder drei positive Ladungen („mehrwertige"), um die Batterie Energiespeicherkapazität um einen Faktor von zwei oder drei zu erhöhen. Kathoden für mehrwertige Batterien sind eine große Herausforderung.

Multivalente Batterien

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