Energiespeicherung – Notwendigkeit besserer Batterien


 

Batterien verwenden elektrochemische Reaktionen, um elektrische Energie für die spätere Nutzung zu speichern. Sie bestehen aus zwei Elektroden: Ein Minuspol (Kathode), ein Pluspol (Anode) und einem Elektrolyt.

Im Vergleich zu flüssigen fossilen Brennstoffen speichern Batterien kleinere Energiemengen bezüglich desselben Gewichts oder Volumens des Materials. Dies sowie die Kosten, die Verfügbarkeit von Rohstoffen und das relativ langsame Aufladen sind einige der größten Herausforderungen, vor denen die Batterietechnologie heute steht.

Lithium-Ionen-Batterien sind derzeit der Goldstandard für die Stromspeicherung. Sie werden in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt, darunter mobile Elektronik und Elektroautos. Die künftige Verwendung von Batterien in diesen Geräten wird höhere Speicherkapazitäten und schnellere Ladegeschwindigkeiten sowie niedrigere Kosten erfordern.

Nanomaterialien können zur Entwicklung besserer Batterien beitragen, da sie verbesserte Materialien für Kathoden und Anoden bereitstellen. Durch die große Oberfläche von Nanomaterialien wie Graphen kann der Kontakt zwischen Kathoden, Anoden und dem Elektrolyt erhöht werden, wodurch Batterien schneller aufgeladen werden können.

Kohlenstoff-Nanoröhren können verwendet werden, um starke, dauerhafte Elektroden mit hoher mechanischer Integrität zu entwickeln und gleichzeitig ihre Flexibilität zu wahren. Wissenschaftler verwenden auch Nanomaterialien, um den Verschleiß innerhalb von Batterien zu verringern und so sicherzustellen, dass sie ihre Kapazität über viele Ladezyklen behalten.

Nanomaterialien können auch dazu beitragen, andere Batterietechnologien als Lithium-Ionen-Batterien wirtschaftlich und technisch durchführbar zu machen. Batterietechnologien beruhen auf reichlich vorhandenen Rohstoffen, sodass Natrium-Ionen-Batterien ein geeigneter Ersatz sein könnten, da Natrium besser verfügbar ist als Lithium.