Entwicklung einer rohstoffoptimierten, recyclefähigen und wiederaufladbaren Zink-Luft Batterie für stationäre Anwendungen; Teilvorhaben UBT: Erhöhung der Zyklenstabilität von wiederaufladbaren Zink-Luft-Batterien durch glasbasierte Beschichtung von Zinkpartikeln

Abstract

Das Teilvorhaben leistet einen direkten Beitrag zu den förderpolitischen Zielen des Programms „Batterie 2020 Transfer“, indem es Material- und Prozessinnovationen für nachhaltige, sichere und kostengünstige Energiespeicher adressiert: 1) Materialentwicklung für nachhaltige Batterien: Die Arbeiten zur Entwicklung phosphatbasierter, quellfähiger Glasgele als Semi-Solid-State-Elektrolyt (SSSE) reduzieren den Einsatz kritischer Rohstoffe wie Bismut und vermeiden energieintensive mechanische Beschichtungsprozesse. Damit wird die Ressourceneffizienz verbessert und die ökologische Bewertung gegenüber klassischen Ansätzen (Bi2O3-haltige Gläser) deutlich erhöht. 2) Erhöhung der Sicherheit und Lebensdauer: Die Glasgel-Route minimiert die Wasserstoffentwicklung und Korrosion der Zinkanode, was die Betriebssicherheit der Zellen steigert. Die mechanische Beschichtung und der Sol-Gel-Ansatz wurden aufgrund erhöhter Gasungsneigung verworfen – ein Beispiel für risikoorientierte Prozessoptimierung zugunsten sicherer Zellchemie. 3) Kosteneffizienz und Skalierbarkeit: Die erfolgreiche Herstellung quellfähiger Gläser aus kostengünstigen Rohstoffen (P2O5, Na2O, K2O) und die einfache Verarbeitung zu Gel-Elektrolyten ermöglichen eine wirtschaftliche Umsetzung. Die Prozessführung bei moderaten Temperaturen und ohne mechanischen Impact senkt Energieverbrauch und Produktionskosten. Erste Kostenanalysen zeigen, dass die Glasgel-Route die ökonomischste Variante im Projekt darstellt. 4) Recyclingfähigkeit und Kreislaufwirtschaft: Die entwickelten Glasgele sind wasserlöslich und können im Recyclingprozess leicht separiert werden. Somit werden die Zielsetzung einer hohen Recyclingquote und die Rückgewinnung von Zink als Hauptaktivmaterial unterstützt. Technologietransfer und Innovationspotenzial: Die Ergebnisse eröffnen Perspektiven für die Weiterentwicklung von Semi-Solid-State-Systemen und eine mögliche Übertragbarkeit auf andere Batteriesysteme. Eine Anschlussfähigkeit für zukünftige Forschungs- und Industrieprojekte ist gewährleistet. Mit dem Technologiewechsel zu quellfähigen Glasgelen werden Sicherheit, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit vereint. Die erzielten Ergebnisse bilden Grundlage für die Entwicklung recyclingfähiger, stationärer Speicherlösungen „Made in Germany“.