ZIB
Zink-Ionen Batterien: eine wirtschaftliche und ökologische Alternative für die Energiespeicherung in großem Maßstab
Projektbeschreibung
Elektrochemische Energiespeichersysteme sind derzeit relativ teuer und zeichnen sich in vielen Fällen durch geringe Sicherheit und hohe Toxizität aus, da ein hohes Risiko der Entflammbarkeit, des Austretens organischer Elektrolyte und des Vorhandenseins toxischer Elemente wie Kobalt besteht. Energiespeichersysteme sind jedoch unerlässlich für eine optimale Nutzung der aus erneuerbaren Quellen gewonnenen Energie und für die notwendigen Anpassungen, die eine schwankende Stromversorgung benötigt, bevor sie an ein Stromnetz angeschlossen werden kann. Gegenwärtig gelten etablierte Technologien wie Blei/Gel, NiCd, NiMH und Li-Ionen/LFP als Maßstab. Im Hinblick auf kritische Elemente wie Blei, Cd und Lihitum sind günstige alternative Technologien, die ein höheres Maß an Umweltsicherheit bieten, von größtem Interesse.
In dieser Hinsicht scheint die wässrige Speichertechnologie auf Zinkbasis eine sehr attraktive wirtschaftliche Strategie zu sein. Darüber hinaus ist Zink leichter zu recyclen als Lithium.
Aufgrund des nach wie vor ungelösten Problems der Bildung von Zinkdendriten konnten sich frühere zinkbasierte Zellkonzepte (wie die NiOOH/Zn-Zelle) bisher nicht auf dem Markt durchsetzen. Darüber hinaus sind bei der alkalischen Zink/Luft-Zelle die geringe Energieausbeute (~50%) und die Karbonatbildung zwei große Nachteile. Dieses Konsortium wird eine nahezu pH-neutrale Zink-Ionen-Zelle entwickeln, die eine höhere oder vergleichbar hohe Energiedichte als NiMH oder Li-Ionen/LFP aufweist. Eine solche wässrige Zn-Ionen-Batterie (ZIB) wird aus einer metallischen Zn-Anode und einer Kathode bestehen, die entweder auf Manganoxid oder auf Preußischblau-Analoga (PBA) basiert.
Im Rahmen des Konsortiums wird die Übertragung der entwickelten Zn-Ionen-Technologie vom Labormaßstab auf die industrielle Batterieebene angestrebt. Darüber hinaus ist geplant, eine wässrige ZIB als Demonstrator mit einer typischen Arbeitsspannung von 12/24/48 V zu entwickeln.
Publikatikonen im Rahmen des Projektes
M. Baghodrat, G. Zampardi, F. La Mantia, “Harnessing the Benefits of PEDOT:PSS Conductive Coating for Prolonged Cycle Life of Copper Hexacyanoferrate in Aqueous Zinc-Ion batteries”,
Batteries & Supercaps 7 (2024). (invited). DOI: 10.1002/batt.202400156
M. Tribbia, J. Glenneberg, F. La Mantia, G. Zampardi, “Effect of the Current Density on the Electrodeposition Efficiency of Zinc in Aqueous Zinc-Ion Batteries”,
ChemElectroChem 11, e202300394 (2024). DOI: 10.1002/celc.202300394
M. Baghodrat, G. Zampardi, J. Glenneberg, F. La Mantia, “Influence of the Thermal Treatment on the Structure and Cycle Life of Copper Hexacyanoferrate for Aqueous Zinc-Ion Batteries”,
Batteries 9, 170 (2023). (invited). DOI: 10.3390/batteries9030170
M. Tribbia, G. Zampardi, F. La Mantia, “Towards the commercialization of rechargeable aqueous zinc ion batteries: the challenge of the zinc electrodeposition at the anode”,
Current Opinions in Electrochemistry 38, 101230 (2023). (invited). DOI: 10.1016/j.coelec.2023.101230
G. Zampardi, F. La Mantia, "Open challenges and good experimental practices in the research field of aqueous Zn-ion batteries",
Nature Communications 13, 687 (2022). (invited). DOI: 10.1038/s41467-022-28381-x
M. Tribbia, G. Zampardi, J. Glenneberg, F. La Mantia, “Highly Efficient, Dendrite-Free Zinc Electrodeposition in Mild Aqueous Zinc-Ion Batteries through Indium-Based Substrates”,
Batteries & Supercaps 5, e202100381 (2022). DOI: 10.1002/batt.202100381
G. Zampardi, M. Warnecke, M. Tribbia, J. Glenneberg, C. Santos, F. La Mantia, “Effect of the reactants concentration on the synthesis and cycle life of copper hexacyanoferrate for aqueous Zn-ion batteries”,
Electrochemistry Communications 126, 107030 (2021). (invited). DOI: 10.1016/j.elecom.2021.107030
G. Kasiri, J. Glenneberg, G. Zampardi, R. Kun, F. La Mantia, “Microstructural Changes of Prussian Blue Derivatives during Cycling in Zinc-Containing Electrolytes”,
ChemElectroChem 7, 3301-3310 (2020). DOI: 10.1002/celc.202000886
G. Zampardi, F. La Mantia, “Prussian blue analogues as aqueous Zn-ion batteries electrodes: Current challenges and future perspectives”,
Current Opinions in Electrochemistry 21, 84-92 (2020). (invited). DOI: 10.1016/j.coelec.2020.01.014
Fördermittelgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Förderkennzeichen
03XP0204A
Projektakronym
ZIB
Laufzeit
01.01.2019 - 31.12.2022
Fördermittelsumme
€ 757.726
Verbundkoordination
Prof. Fabio La Mantia
Gasteinrichtung
Universität Bremen / University Bremen