Die Zukunft der Lithium-Ionen-Batterien könnte in einem häufig vorkommenden und preiswerten Element liegen: Eisen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Xiulei "David" Ji von der Oregon State University schlägt vor, Eisen als Kathode für diese Batterien zu verwenden, was eine kostengünstige und sicherere Alternative zu traditionellen Materialien wie Kobalt und Nickel darstellt.
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Dieser neue Ansatz, der in
Science Advances detailliert beschrieben wird, könnte die Produktion von Batterien erheblich beeinflussen. Eisen, das reichlich vorhanden und kostengünstig ist, könnte nicht nur die Kosten von Batterien reduzieren, sondern auch ihre Energiedichte und Sicherheit verbessern. Xiulei Ji hebt hervor, dass Eisen wesentlich preiswerter ist als Kobalt und Nickel, was die Batterien finanziell zugänglicher macht.
Die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile dieser Innovation sind beträchtlich. Derzeit macht die Kathode die Hälfte der Produktionskosten einer Lithium-Ionen-Batteriezelle aus. Durch die Verwendung von Eisen könnten die Kosten erheblich gesenkt und die Sicherheit der Batterien erhöht werden. Zudem sind die Reserven von Kobalt und Nickel begrenzt, was die zukünftige Produktion von Batterien gefährdet.
Die Komponenten einer Batterie sind entscheidend für ihre Funktion. Eine Batterie besteht aus zwei Elektroden, der Anode und der Kathode, einem Separator und einem Elektrolyten. In einer Lithium-Ionen-Batterie bewegen sich Lithium-Ionen während des Lade- und Entladevorgangs zwischen Anode und Kathode.
Um das Eisen reaktionsfähiger zu machen, haben die Forscher eine chemische Umgebung geschaffen, die fluorierte und phosphatierte Anionen verwendet. Diese ermöglicht es, ein Gemisch aus Eisenpulver, Lithiumfluorid und Lithiumphosphat reversibel in Eisensalze umzuwandeln, was entscheidend für die Wiederaufladbarkeit der Batterie ist.
Die Zukunft der Batterien erscheint mit dieser Innovation vielversprechend. Obwohl die Speichereffizienz noch verbessert werden muss, bleibt Ji optimistisch bezüglich einer schnellen Kommerzialisierung dieser Technologie. Mit angemessenen Investitionen könnten diese Eisenkathodenbatterien bald die aktuellen Batterien in Bezug auf Kosten, Leistung und Umweltfreundlichkeit übertreffen.
Quelle: Science Advances