Kunststoffe zur Anwendung in Batterien

Mit dem Thema Batterien werden oft Schwermetalle und die damit einhergehenden Probleme assoziiert. Dass in den meisten Batterien jedoch Polymere wichtige und notwendige Funktionen übernehmen, wird oft übersehen.

Die Makromoleküle werden dort in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Einerseits können sie als Aktivmaterialien verwendet werden, in denen polymere Einheiten Elektronen reversibel aufnehmen und wieder abgeben können. Dieses Konzept kann sowohl in Dünnschichtbatterien (wie herkömmlichen Lithium-Ionen Zellen) und Redox-Flow Batterien zum Einsatz kommen um dort jeweils die metallischen Aktivmaterialien zu ersetzen. Dadurch wird die Batterie umweltfreundlicher, sicherer und auch günstiger.

Weiterhin bestehen viele aktuelle Membranen aus Polymeren, die dort die Aufgabe haben den Ionentransport zu regulieren und einen elektrischen Kontakt zwischen den einzelnen Elektroden zu verhindern. Verschiedene Typen von Membranen sind bekannt: einige von ihnen funktionieren ohne zusätzliche Elektrolytlösung, andere liegen als gequollenes Gel vor.

Ein weiteres Anwendungsgebiet von Makromolekülen in Batterien sind Binder. Dort fungieren sie als Haftmittel zwischen den verschiedenen festen Elektrodenmaterialien und den Substraten. Funktionelle Gruppen, sowie Seitenketten und die Kettenlänge der Polymere beeinflussen die Hafteigenschaften und somit mechanische Stabilität der Elektrode.

Vor kurzem veröffentlichten Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Prof. Schubert einen umfassenden Übersichtsartikel, in dem auf die oben genannten, verschiedenen Anwendungsbereiche von Polymeren in Batterien eingegangen wird, vor allem im Hinblick darauf, wie die intrinsischen Eigenschaften von Polymeren die Leistung unterschiedlicher Batteriesysteme beeinflussen können. Im Artikel werden organische Batterien, Redox-Flow Batterien (organisch und metall-basiert), sowie aktuelle Lithium-Ionen Batterien behandelt und auf deren polymere Bestandteile untersucht.

Die Originalarbeit mit dem Titel „Polymers for Battery Applications – Active Materials, Membranes and Binders” finden Sie hierExterner Link.