Entwicklung einer Zink-Ionen-Batteriezelltechnologie mit wässrigen Elektrolyten für stationäre Anwendungen (eBook)

Die Promotion beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Batteriespeichers auf Basis der Zink-Mangandioxid-Batterietechnologie mit wässrigen Elektrolyten (ZMB). Diese Zellchemie bietet Vorteile im Bereich der Sicherheit, der Materialverfügbarkeit, der Kosten und der Umweltverträglichkeit und stellt damit eine vielversprechende Alternative zu den Lithium-Ionen-Batterien im Bereich der stationären Energiespeicherung dar. Auf Basis verschiedener Elektroden-Herstellungsverfahren (Rakelbeschichtung, Elektroabscheidung) können im Rahmen dieser Arbeit reproduzierbare Batterie-Elektroden sowie poröse 3D-Strukturen auf flexibel wählbaren Trägermaterialien hergestellt und erfolgreich zykliert werden. Der Reaktionsmechanismus der Batteriezellchemie wird anhand von pH-Untersuchung im Elektrolyten in Zinksulfat-basierten Elektrolyten tiefgehend untersucht und die wesentlichen Reaktionsmechanismen identifiziert. Die Entwicklung von wässrigen Elektrolyten mit pH-Puffereigenschaften führt zu einer signifikanten Erhöhung des Entladepotentials und damit der möglichen Energiedichte dieser Zellchemie. Die Langzeitstabilität kann ebenfalls signifikant erhöht werden. Abschließend wird ein Batteriemodul-Prototyp konstruiert und erfolgreich hergestellt. Die elektrochemische Charakterisierung bestätigt die Funktionsfähigkeit des Batteriemodul-Konzepts. Die techno-ökonomische Bewertung zeigt dabei ein hohes Kostenreduktionspotential gegenüber dem Stand der Technik bei der Lithium-Ionen-Batterietechnologie.