Biopolymere als Komponenten für elektrochemische Energiespeicher (BioPoly-E2)

AUFGABENSTELLUNG | MOTIVATION

Derzeitig verwendete Energiespeicher der Lithium-Ionentechnologie basieren auf seltenen und teuren Materialien. Diese verwenden zudem häufig fluorhaltige Salze als Elektrolyte. Im Zuge der Energiewende wird immer öfter auf nachhaltige und biogene Materialien gesetzt. Doppelschichtkondensatoren bieten neben der hohen Leistungsfähigkeit auch mehr Mobilität als herkömmliche Energiespeicher und befinden sich derzeit oft im Fokus der Erforschung neuer Energiespeicher. Einige Anwendungen solcher Doppelschichtkondensatoren verwenden bereits wässrige Elektrolyte, welche jedoch weiterhin auf fluorhaltigen Salzen basieren. Trotz neuer Anforderungen an Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit basieren die Elektroden und Separatoren von Energiespeichern weiterhin auf synthetischen und schlecht recycelbaren Materialien. Im Zuge dieses Forschungsprojektes soll die Verwendung von Biopolymeren als Hauptbestandteil eines Doppelschichtkondensators untersucht werden. Des Weiteren soll Kollagen als Elektrolytbinder und Separator eingesetzt werden unter Verwendung nicht-toxischer Salze.

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Das Ziel des Projekts ist es, einen Demonstrator eines neuen und nachhaltigen Doppelschichtkondensators auf Biopolymerbasis zu bauen. Zusätzlich sollen günstige, ubiquitär erhältliche und ungefährliche Alkalimetallsalze als Elektrolyt dienen (beispielsweise Sulfate der Alkalimetalle). Ein Elektrolyt-Kollagengemisch dient hierbei gleichzeitig als Elektrolyt und Separator im Doppelschichtkondensator. Ein weiterer Aspekt des Demonstrators beinhaltet die Verwendung von Cellulosederivaten oder Cellulose-Kollagen-Kompositen als N-dotierte kohlenstoffhaltige Elektroden. 

NUTZEN | AUSBLICK

Nach Abschluss des Forschungsprojekts ist mit der Herstellung des funktionellen, leistungsstarken und nachhaltigen Doppelschichtkondensators die Grundlage für einen zeitnahen Transfer der Technologie in die Wirtschaft geschaffen. Wirtschaftlich profitieren Unternehmen der Energiebranche von nachhaltigen Alternativen zu herkömmlichen Energiespeichern. Durch verringerte Kosten beim Arbeitsschutz und beim Recycling können alle Betriebe der deutschen Batteriebranche davon profitieren. Bei Abschluss des Forschungsvorhabens bietet die neue Verwendungsmöglichkeit der K3-Rohware neue Absatzmöglichkeiten als Alternative zur teuren Entsorgung und erhöht somit den Umsatz der kollagenverarbeitenden Industrie.