Da die Nachfrage nach Batterien steigt, werden nachhaltige Alternativen zu seltenen Metallen benötigt.
Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, zuvor nutzlosen Industrieabfall in ein lebenswichtiges Material für Batterien umzuwandeln.
Der AbfallmolekülTriphenylphosphinoxid (TPPO) entsteht bei der Herstellung von Produkten wie Vitamintabletten. Ein neues Verfahren, das von Wissenschaftlern der Northwestern University in den USA entdeckt wurde, macht es zu einem nützlichen Mittel zur Energiespeicherung, das in manchen Situationen seltene Metalle ersetzen könnte.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithiumbatterien, die Energie in Elektroden speichern, nutzen die Redox-Flow-Batterien, die mit diesem neuen Verfahren hergestellt werden können, eine chemische Reaktion, um Energie zwischen Elektrolyten hin und her zu pumpen, wo ihre Energie gespeichert wird.
Sie sind bei der Energiespeicherung nicht ganz so effizient wie andere Batterieformen und für den Einsatz in Autos oder Smartphones zu groß und sperrig. Man geht jedoch davon aus, dass sie eine viel bessere Lösung für die Energiespeicherung im Maßstab eines Stromnetzes darstellen. Dazu gehört auch das Speichern Energie aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne um Angebotstiefs und -spitzen auszugleichen.
„Ein organisches Molekül kann nicht nur verwendet werden, sondern es kann auch eine hohe Energiedichte erreichen – und damit näher an seine metallbasierten Konkurrenten herankommen – sowie eine hohe Stabilität“, sagt Emily Mahoney, Doktorandin und Erstautorin der Arbeit.
„Es ist traditionell eine Herausforderung, diese beiden Parameter gemeinsam zu optimieren. Daher ist es besonders spannend, dies für ein Molekül zeigen zu können, das aus Abfällen stammt.“
Industrieabfälle in Schätze verwandeln
Da der Bedarf an Batterien weiter steigt, steigt auch der Bedarf an Metallen wie Lithium und Kobalt, die zu ihrer Herstellung verwendet werden.
Diese Metalle werden häufig durch intensiven und invasiven Bergbau gewonnen. Es gibt auch nur ein begrenztes Angebot davon, und Forscher sagen, dass eine Abkehr von diesen metallbasierten Lösungen hin zu einer Abkehr von diesen metallbasierten Lösungen führen wird, da immer mehr Produkte auf Batterien angewiesen sind nachhaltigere Optionen wird benötigt.
„Die Batterieforschung wurde traditionell von Ingenieuren und Materialwissenschaftlern dominiert“, sagt der Northwestern-Chemiker und Hauptautor Christian Malapit.
„Synthesechemiker können auf diesem Gebiet einen Beitrag leisten, indem sie ein organisches Abfallprodukt molekular in ein energiespeicherndes Molekül umwandeln. Unsere Entdeckung zeigt das Potenzial der Umwandlung von Abfallverbindungen in wertvolle Ressourcen und bietet einen nachhaltigen Weg für Innovationen in der Batterietechnologie.“
Jedes Jahr werden Tonnen TPPO produziert, das derzeit jedoch unbrauchbar ist und sorgfältig entsorgt werden muss. Das Potenzial, diesen Müll in einen grünen Schatz umzuwandeln, muss noch weiter erforscht werden. Die Wissenschaftler sind jedoch zuversichtlich, dass er in Zukunft zur Speicherung erneuerbarer Energien genutzt werden könnte.
