Verbundvorhaben "Alternative Materialsysteme für stationäre Batteriespeicher auf Basis von Aluminium als Anodenmaterial zur Substitution kritischer Rohstoffe - ALBATROS"; Teilvorhaben DECHEMA-Forschungsinstitut: Entwicklung und Charakterisierung preiswerter und korrosionsbeständiger Materialien für die Al-Ionen-Batterie

Abstract

Das Verbundprojekt bestand aus dem Fraunhofer-Institut IISB-THM als Koordinator, der Firma Iolitec GmbH sowie der TU Freiberg und dem DECHEMA-Forschungsinstitut. Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung, Charakterisierung und Qualifizierung eines neuartigen Energiespeichersystems für stationäre Anwendungen auf Basis einer wiederaufladbaren Al-Ionen-Batterie (AIB) unter Nutzung von nicht entflammbaren ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyt und reichlich vorhanden, preiswerten, leicht-recycelbaren Aluminium und Graphit-Materialien. Am DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI) wurden zuerst die kinetischen Parameter der Al-Abscheidung (Laden) bzw. -Auflösung (Entladen) auf verschiedenen Al-Legierungen-Folien in unterschiedlichen Chloroaluminat-Elektrolyten bestimmt. Weiterhin konnte der Einfluss unterschiedlicher Faktoren wie Stromdichte, Oberflächenmodifizierung der Al-Folie und Reinigung des Elektrolyten auf die Morphologie der Al-Partikeln während der elektrochemischen Abscheidung in Hinblick auf das Dendritenwachstum gezeigt werden. Interessanterweise wurde bei hohen Stromdichten eine Teilpassivierung der Al-Elektrode in Form einer schwarzer Schicht beobachtet. Dies wurde zunächst auf eine Zersetzung des Elektrolyten bzw. EMimCl-Kations bei sehr hohen Elektrodenpotentialen zurückgeführt. Im Rahmen von Lade-/Entlade-Experimenten in einer PTFE Zelle konnte sehr gute Performance von bis zu 5 A/g bzw. 1A/g für 1000 Zyklen mit einer 1:2.0 TEA/AlCl3-Mischung erzielt werden. Gegen Projektende wurde die Machbarkeit einer zylindrischen 32650 AIB-Zelle mit einer Graphitfolie als Kathode gezeigt, die eine absolute Kapazität von bis zu 200 mAh lieferte. In dieser Arbeit wurde erstmalig der Einsatz einer Polyethersulfon(PES)-Membran als Ersatzmaterial für den sehr porösen und dickes Gasfaser-Separators bei 1 A/g für 100 Zyklen erfolgreich demonstriert und somit ein wichtiger Meilenstein bei der AIB-Entwicklung erreicht.