Elektrodenmaterial lagert komplexe Aluminium-Anionen ein
Das Elektrodenmaterial wird beim Laden der Batterie oxidiert und lagert dabei komplexe Aluminat-Anionen ein. Das organische Redox-Polymer Poly(3-vinyl-N-Methylphenothiazin) schafft es auf diese Weise, während der Ladung zwei [AlCl4]¬−-Anionen reversibel einzulagern. Als Elektrolyt verwendeten die Forschenden Ethylmethylimidazoliumchlorid als ionische Flüssigkeit unter Zusatz von Aluminiumchlorid. „Die Erforschung von Aluminium-Batterien ist ein aufregendes Forschungsfeld mit großem Potenzial für zukünftige Energiespeichersysteme“, sagt Gauthier Studer. „Unser Fokus liegt darauf, neue organische redox-aktive Materialien zu entwickeln, die eine hohe Leistungsfähigkeit und reversible Eigenschaften aufweisen. Durch die Untersuchung der Redox-Eigenschaften von Poly(3-vinyl-N-Methylphenothiazin) in der Chloroaluminat-basierten ionischen Flüssigkeit haben wir einen bedeutenden Durchbruch erzielt, indem wir erstmals einen reversiblen Zwei-Elektronen-Redox-Prozess für ein phenothiazinbasiertes Elektrodenmaterial nachgewiesen haben.“Nach 5.000 Ladezyklen bei 10 C behält Batterie 88 Prozent ihrer Kapazität
Poly(3-vinyl-N-Methylphenothiazin) lagert die [AlCl4]−-Anionen bei Potenzialen von 0,81 und 1,65 Volt ein und liefert spezifische Kapazitäten von bis zu 167 mAh/g. Demgegenüber liegt die Entladungskapazität von Graphit als Elektrodenmaterial in Aluminium-Batterien bei 120 mAh/g. Nach 5.000 Ladezyklen verfügt die vom Forschungsteam vorgestellte Batterie bei 10 C, also bei einer Lade- und Entladerate von 6 Minuten, noch über 88 Prozent ihrer Kapazität. Bei einer niedrigeren C-Rate, also einer längeren Lade- und Entladezeit, kehrt die Batterie unverändert zu ihren ursprünglichen Kapazitäten zurück.„Mit seiner hohen Entladespannung und spezifischen Kapazität sowie seiner guten Kapazitätserhaltung bei schnellen C-Raten stellt das Elektrodenmaterial einen großen Fortschritt in der Entwicklung von wiederaufladbaren Aluminium-Batterien und somit von fortschrittlichen und erschwinglichen Energiespeicherlösungen dar“, sagt Birgit Esser.
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https://kommunikation.uni-freiburg.de/pm/2023/aluminium-ionen-batterien-mit-verbesserter-speicherkapazitaet
Quelle: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau (06/2023)
Publikation:
Originalpublikation: G. Studer, A. Schmidt, J. Büttner, M. Schmidt, A. Fischer, I. Krossing and B. Esser, Energy Environ. Sci., 2023, DOI: 10.1039/D3EE00235G