One

 Gemeinsam mit den Verbundpartnern:

 

DLR

 

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

(Prof. K. Andreas Friedrich)

 

US

 

Universität Stuttgart

(Priv.-Doz. Dr. Wolfgang Bessler)

 

UU

 

 Universität Ulm

(Prof. Dr. Ute Kaiser)

 

ZSW

 

 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg

(Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens)

(Dr. Ludwig Jörissen)

 

 

Finanziert durch:


BmBf

 PTJ


 
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LuLi - Strom aus Luft und Lithium

Strom aus Luft und Li

- Effiziente bifunktionelle Sauerstoffelektroden -

 

Das Auto der Zukunft wird mit regenerativen Energien angetrieben werden müssen. Als Energiespeicher in Frage kommt einerseits Wasserstoff, der mittels Wind oder Solarenergie erzeugt und vorzugsweise effizient mit Hilfe von Brennstoffzellen wieder in Strom umgewandelt wird. Eine andere Möglichkeit ist die direkte Speiche­rung von Strom in Akkumulatoren. Trotz der großen Erfolge, die mit Lithium - Ionen - Akkus erzielt wur­den, beträgt die damit (wie derzeit auch mit Brennstoffzellen) erzielbare Reichweite nur etwa 100 bis 200 km; zudem ist die notwendige Zeit für das Wiederaufladen zu lang. Dies liegt vor allem am Gewicht: Die als posi­tive Elektrode verwendeten schwermetallhaltigen Interkalationsverbindungen sind sehr schwer.

Eine viel versprechende Alternative dazu ist die Li-Luftbatterie. An der positiven Elektrode dient bei der Ent­ladung nicht mehr eine Schwermetallverbindung als Oxidationsmittel, sondern der viel leichtere Sauer­stoff, der zudem aus der Luft entnommen wird. Theoretisch lassen sich so für ein heute übliches Auto Reichwei­ten von weit über 500 km erzielen, also das, was auch heute bei konventionellem Antrieb üblich ist: die Energie­speicherdichte ist vergleichbar der von Benzinmotoren incl. Tank. Allerdings sind die Grundlagen der ent­sprechenden Technologie, insbesondere der Sauerstoffreduktion (und der Sauerstoffentwicklung beim Ladvorgang) unter den für Lithiumakkus nötigen Bedingungen bisher kaum erforscht.

In dem von fünf Instituten gemeinsam geplanten Verbundvorhaben sollen solche Grundlagen erarbeitet wer­den und Li - Luft - Akkus im Hinblick auf einen Energiespeicher für ein elektrisch betriebenes Auto getestet werden. Dabei werden zwei unterschiedliche Konzepte verfolgt: Nach dem Ersten erfolgt die Sauerstoffre­duktion direkt in nicht - wässrigem Elektrolyten. Nach dem Zweiten findet die Sauerstoffreduktion in einem wässrigen Elektrolyten statt, dies ist technisch einfacher und besser verstanden; die Li Elektrode muss dann aber durch eine Li - Ionen durchlässige Membran vor dem wässrigen Elektrolyte geschützt werden.

Zusammengeschlossen haben sich fünf Institute, deren Expertise sich in hervorragender Weise ergänzt: Das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn, das auch als Koordinator fun­giert, forscht schon seit langer Zeit auf dem Gebiet der Elektrokatalyse; dort stehen Methoden zur Oberflä­chen– und Produktanalyse zur Verfügung. Das DLR in Stuttgart arbeitet schon seit langem mit viel Erfolg im Bereich der Gasdiffusionselektroden für die Sauerstoffreduktion im Zusammenhang mit der Chloralkali­elektro­lyse. Das ZSW in Ulm verfügt über eine große Erfahrung im Bereich der Li-Ionen Akkus und der dafür ver­wendeten aprotischen Elektrolyte. Dementsprechend soll dort eine Sauerstoffelektrode für aprotische Elektro­lyte entwickelt werden. Die Universität Ulm ist in der Lage, mit den dort vorhandenen hochauflö­sen­den Techniken der Transmissionselektronenmikroskopie die komplexe Struktur der Elektrode  bis hinunter in den atomaren Bereich räumlich darzustellen. Die Universität Stuttgart mit ihrer großen Erfah­rung auf dem Gebiet der Computergestützten Modellierung wird die im Akku ablaufenden komplexen Vor­gänge unter Ver­wendung der von den Partnern erhaltenen Daten simulieren und Reaktionsmodelle entwer­fen, die dann von den anderen Arbeitsgruppen wieder für weitere Verbesserungen genutzt werden können.

 

 

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