a3plus, 3. Ausschreibung (2009)

Zink-Luft-Akku

Neue Materialien für die aufladbare Zink-Luft-Batterie

Ziel des Projektes ist die Lebensdauerverlängerung, Erhöhung der Zyklenstabilität und der Zyklenzahl von wiederaufladbaren Zink-Luft Akkumulatoren zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie. Dafür werden neue innovative Materialien, die in letzter Zeit auch Einzug in die Brennstoffzellentechnologie gefunden haben, erprobt und auf die besonderen Erfordernisse in den Zink/Luft Akkumulatoren hin optimiert.

Batterien und Akkumulatoren sind hocheffiziente Energiespeicher. Die umfassende Markteinführung von zumeist auf Lithium-Ionen Systemen basierenden Akkumulatoren im automotiven Bereich wird vor allem durch die hohen Systemkosten, die begrenzte Lebensdauer und von sicherheitsrelevanten Aspekten verhindert. Das Ziel dieses Projektes besteht in der Entwicklung von wiederaufladbaren Zink-Luft Systemen als kostengünstige Alternative mit sehr hoher spezifischer Energiedichte und höchsten Sicherheitsstandards. Dies geschieht vor allem durch den Einsatz neuartiger, innovativer Materialien, die bereits in Vorversuchen der Antragsteller das Potential nachgewiesen haben, die Zyklenzahl und die Zyklenstabilität von Zn-Luft-Systemen wesentlich zu erhöhen.
Die Charakterisierung und Optimierung von elektrisch aufladbaren Zink-Luft Systemen erfordert die Optimierung der bifunktionalen Luftelektrode, die ähnlich aufgebaut ist wie die Kathode in alkalischen Brennstoffzellen. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Sauerstoffreduktion und die Sauerstoffbildung wird der Einsatz von Kohlenstoffnanofasern als Elektrodenmaterial für die Kathode eingesetzt.
In der Anode werden Kohlenstoffnanofasern als strukturelle Verstärkung zur Erhöhung der Zyklenstabilität beigemengt.
Zur Erhöhung der Lebensdauer des Elektrolyten und zur Dendritenbildungsunterdrückung werden Festelektrolyte in Form von Anionenaustauschmembranen und die Beimengung von Additiven zu Flüssigelektrolyten untersucht.
Die Testserien zur Charakterisierung und Evaluierung der unterschiedlichen Materialien werden vorwiegend als Halbzellenversuche an der TU Graz durchgeführt. In Folge werden in umgangreiche Tests mit Laborzellen die Anoden- und Kathodenmaterialien sowie deren Herstellungsprozeduren entwickelt und optimiert. Basierend auf den Einsatz der neuen Materialien wird eine Zyklenzahl von eintausend Lade- und Entladevorgängen als Ziel definiert.

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