AKUZIL

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung von Materialien und Komponenten für die Herstellung von Zink-Luft-Sekundärelementen unter Berücksichtigung von Systemrestriktionen und Systemoptionen, die in automobilen Anwendungen (Elektromobilität) und im Bereich der Netzstützung, u.a. durch Fahrzeugbatterien, in der Energieversorgung (stationäre Systeme) zu erwarten sind.

Zink-Luft Primärelemente sind preiswert, intrinsisch sicher und haben eine hohe spezifische Energie. Sie sind ein industrielles Massenprodukt für viele unterschiedliche Einsatzbereiche und das am weitesten verbreitete Metall-Luft-System. Die Einsatzbereiche sind jedoch beschränkt, weil die Leistung bezogen auf den Energieinhalt gering ist (großer Spannungseinbruch auch bei kurzen, hohen Leistungsanforderungen; Eignung nur für lange Überbrückungszeiten) und es große Probleme bei der Wiederaufladung gibt.

Die Entwicklung von wiederaufladbaren Zink-Luft-Sekundärelementen wird derzeit nur von kleinen Unternehmen vorangetrieben. Solche Systeme sind somit nicht kommerziell verfügbar. Zudem sind die angegebenen Zyklenlebensdauern noch zu gering. Zink-Luft-Sekundärelemente spielen bei der Entwicklung von Metall-Luft-Sekundärelementen jedoch eine große Rolle, denn Zink ermöglicht nicht nur die Herstellung von intrinsisch sicheren, sondern auch preiswerten Systemen.

Die wesentlichen Herausforderungen bei der Entwicklung wiederaufladbarer Systeme sind:

• Eigenschaften und Beständigkeit der Katalysatoren und Katalysatorträger der Gasdiffusionselektrode
• Vermeidung der Zink-Dendritenbildung
• Wiederherstellung der Zinkelektrode bei der Wiederaufladung
• Vergiftung des Elektrolyten mit CO₂ bei alkalischen Elektrolyten.

Ansätze zur Überwindung dieser Problemstellungen sind die Entwicklung von alternativen Elektrolyten und neuen Additiven, die Entwicklung von verbesserten Katalysatoren und Trägermaterialien, die gezielte Gestaltung der Elektrodenstruktur sowie konstruktive Überlegungen auf der Zell- und Gesamtsystemebene. Das diesem Projekt zugrunde gelegte Anforderungsprofil für wiederaufladbare Systeme richtet sich an der Elektromobilität aus.

Das Institut für Elektrische Energietechnik übernimmt Simulationsaufgaben, mit denen das elektrische Verhalten und insbesondere die Stromhomogenität von Zellen und in Elektroden untersucht werden kann. Insbesondere bei der Frage nach monofunktional statt bifunktional, elektrisch getrennten Gasdiffusionselektroden und bei der Gestaltung von Elektroden mit einem gezielten Schichtaufbau stellt sich die Frage nach der Stromverteilung in den Elektroden.

Das Institut für Elektrische Energietechnik wird fernerhin die Modellierung der Zelleigenschaften mittels eines thermisch- und elektrisch gekoppelten, ortsaufgelösten Modells durchführen, das das  Verhalten der Zelle über einen weiten Ladezustandsbereich und sowohl in Entlade- als auch Laderichtung darstellen kann.

Technische Universität Clausthal
Institut für Elektrische Energietechnik
Leibnizstr. 28
38678 Clausthal-Zellerfeld
Germany
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