An einer Glovebox arbeitet Amir Mohammad, um eine dünne Aluminiumfolie mit dem Polymer in einem sogenannten Kalander mit heizbaren Walzen zu beschichten. "Das sind bereits zwei Drittel der Batterie," erklärt Amir Mohammad. Die Aluminiumfolie dient als Anode, während die Polymerschicht den Elektrolyten bildet. Kombiniert man diese mit einer Graphit-Kathode, entsteht eine einzelne Zelle für den Prototypen der Aluminium-Polymer-Batterie. Der erste Prototyp, bestehend aus einem sog. "Stack" mit zehn Zellen, wird etwa 1 Wattstunde (Wh) Energie speichern können.

Die Förderung der Sächsischen Aufbaubank im Rahmen des Programms zur Validierungsförderung des sächsischen Wirtschaftsministeriums hebt die Batterieentwicklung auf die nächste Stufe: "Ziel der Weiterentwicklung ist eine Speicherkapazität von zehn Kilowattstunden (kWh), was der durchschnittlichen Tagesproduktion einer Photovoltaik-Anlage auf dem Dach eines Einfamilienhauses entspricht", so der wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts für Experimentelle Physik. Damit kann die neuartige Aluminium-Polymer-Batterie eine Option für den Einsatz als stationärer Stromspeicher sein.

Besonderes Augenmerk legt das Team auf die Elektrolytlösung zwischen Anode und Kathode: "Für diesen Zweck haben wir einen Polymerelektrolyten auf Basis einer ionischen Flüssigkeit entwickelt. Dabei handelt es sich um eine Mischung aus Triethylaminhydrochlorid und Aluminiumchlorid, die zusammen mit Polyamid ein festes Netzwerk bilden. Im Vergleich zu traditionellen flüssigen Elektrolyten bietet dieser Festelektrolyt zahlreiche Vorteile: Er kann nicht auslaufen, ist resistent gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff und reduziert Korrosion. Zudem ersetzt er die übliche Separator-Schicht, was die Batterie sicherer und kostengünstiger in der Herstellung macht", erläutert Projektmitarbeiter Oliver Schmidt.

Als nächsten Schritt testet das Team die Verarbeitung der Materialien sowie die Herstellung der Aluminium-Polymer-Batterie in einer Rolle-zu-Rolle-Fertigungsanlage. Ende 2025 soll es belastbare Ergebnisse zur Verwertung ihres innovativen Batterie-Prototypen geben.

Energiespeicher der Zukunft?

"Für die Elektrifizierung und damit Flexibilisierung energieintensiver Technologien brauchen wir neue Energiespeicher", sagt Prof. Dr. Dirk C. Meyer, Direktor des Instituts für Experimentelle Physik sowie Sprecher des Zentrums für effiziente Hochtemperatur-Stoffwandlung (kurz: ZeHS) an der TU Bergakademie Freiberg. "Die Aluminium-Polymer-Batterie ist eine vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, an der mein Team schon seit rund zehn Jahren intensiv forscht und die nun im Hinblick auf eine industrielle Produktion und Anwendung geprüft wird." Der Transfer der Forschungsergebnisse in die Anwendung wird vom sächsischen Wirtschaftsministerium gefördert.

Quelle: Technische Universität Bergakademie Freiberg