Vom Abfall zum Schatz: Nutzung von Industrieabfällen zur Energiespeicherung

Aus Alt mach Neu: Industrieabfälle werden als nachhaltige Batterien wieder zum Leben erweckt .
Computer-generated image
Die in unseren Telefonen, Geräten und sogar Autos verwendeten Batterien sind auf Metalle wie Lithium und Kobalt angewiesen, die durch intensiven und invasiven Bergbau gewonnen werden. Da immer mehr Produkte auf batteriegestützte Energiespeichersysteme angewiesen sind, wird die Abkehr von metallgestützten Lösungen entscheidend sein, um den Übergang zu grüner Energie zu erleichtern.
Emily Mahoney arbeitet an der Herstellung von Redox-Flow-Batterien.
Malapit Lab/Northwestern University
Nun hat ein Team der Northwestern University ein organisches Abfallprodukt aus der Industrie in einen effizienten Speicher für nachhaltige Energielösungen verwandelt, der eines Tages in viel größerem Maßstab eingesetzt werden kann. Während viele Iterationen dieser Batterien, die als Redox-Flow-Batterien bezeichnet werden, bereits in Produktion sind oder für Anwendungen im Netzmaßstab erforscht werden, stellt die Verwendung eines Abfallmoleküls – Triphenylphosphinoxid – eine Premiere in diesem Bereich dar.
Tausende von Tonnen des bekannten chemischen Nebenprodukts fallen jedes Jahr bei vielen organischen industriellen Syntheseprozessen an – unter anderem bei der Herstellung einiger Vitamine -, sind jedoch unbrauchbar und müssen nach der Produktion sorgfältig entsorgt werden.
Ziel der strategischen Partnerschaft ist die Entwicklung eines Langzeit-Energiespeichers, um den Übergang zu Netto-Null Emissionen zu erleichtern
In einer im Journal of the American Chemical Society veröffentlichten Arbeit wird gezeigt, dass Chemiker durch eine „Eintopfreaktion“ TPPO in ein brauchbares Produkt verwandeln können, das ein hohes Potenzial zur Energiespeicherung besitzt und damit die Möglichkeit eröffnet, aus Abfall gewonnene organische Redox-Flow-Batterien, einen seit langem angedachten Batterietyp, einzusetzen.
„Die Batterieforschung wird traditionell von Ingenieuren und Materialwissenschaftlern dominiert“, sagt Christian Malapit, Chemiker an der Northwestern University und Hauptautor der Studie. „Synthetische Chemiker können einen Beitrag leisten, indem sie ein organisches Abfallprodukt in ein energiespeicherndes Molekül umwandeln. Unsere Entdeckung zeigt das Potenzial der Umwandlung von Abfallstoffen in wertvolle Ressourcen und bietet einen nachhaltigen Weg für Innovationen in der Batterietechnologie“.
Malapit ist Assistenzprofessor in der Abteilung für Chemie am Weinberg College of Arts and Sciences der Northwestern University.
Der Markt für Redox-Flow-Batterien, der derzeit nur einen kleinen Teil des Batteriemarktes ausmacht, wird zwischen 2023 und 2030 voraussichtlich um 15 % wachsen und dann weltweit einen Wert von 700 Millionen Euro erreichen. Im Gegensatz zu Lithium- und anderen Festkörperbatterien, die Energie in Elektroden speichern, verwenden Redox-Flow-Batterien eine chemische Reaktion, um Energie zwischen Elektrolyten hin- und herzupumpen, wo sie gespeichert wird. Obwohl sie bei der Energiespeicherung nicht so effizient sind, gelten Redox-Flow-Batterien als viel bessere Lösung für die Energiespeicherung im Netzmaßstab.
„Es kann nicht nur ein organisches Molekül verwendet werden, sondern es kann auch eine hohe Energiedichte erreichen – und sich damit seinen metallbasierten Konkurrenten annähern – sowie eine hohe Stabilität“, sagte Emily Mahoney, Doktorandin im Malapit-Labor und Erstautorin der Studie. „Diese beiden Parameter sind traditionell schwierig zu optimieren, daher ist es besonders spannend, dies für ein Molekül zu zeigen, das aus Abfällen gewonnen wird.
Um sowohl die Energiedichte als auch die Stabilität zu erreichen, musste das Team eine Strategie finden, die es den Elektronen ermöglicht, sich in der Lösung dicht zusammenzupacken, ohne mit der Zeit an Speicherkapazität zu verlieren. Sie sahen sich in der Vergangenheit um und fanden einen Artikel aus dem Jahr 1968, in dem die Elektrochemie von Phosphinoxiden beschrieben wurde, und, so Mahoney, „machten sich daran.“
Um die Widerstandsfähigkeit des Moleküls als potenzieller Energiespeicher zu bewerten, führte das Team Tests mit statischen elektrochemischen Lade- und Entladeexperimenten durch, die dem Aufladen einer Batterie, der Verwendung der Batterie und dem anschließenden erneuten Aufladen ähnelten. Nach 350 Zyklen blieb die Batterie bemerkenswert gesund und verlor im Laufe der Zeit nur geringfügig an Kapazität.
„Dies ist der erste Fall, in dem Phosphinoxide – eine funktionelle Gruppe in der organischen Chemie – als redoxaktive Komponente in der Batterieforschung eingesetzt werden“, sagte Malapit. „Traditionell sind reduzierte Phosphinoxide sehr instabil. Unser molekulartechnischer Ansatz behebt diese Instabilität und ebnet den Weg für ihre Anwendung in der Energiespeicherung“.
In der Zwischenzeit hofft die Gruppe, dass andere Forscher das Thema aufgreifen und beginnen, mit TPPO zu arbeiten, um dessen Potenzial weiter zu optimieren und zu verbessern.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Emily R. Mahoney, Maxime Boudjelel, Henry Shavel, Matthew D. Krzyaniak, Michael R. Wasielewski, Christian A. Malapit; „Triphenylphosphine Oxide-Derived Anolyte for Application in Nonaqueous Redox Flow Battery“; Journal of the American Chemical Society, 2025-1-7
Meistgelesene News
Originalveröffentlichung
Emily R. Mahoney, Maxime Boudjelel, Henry Shavel, Matthew D. Krzyaniak, Michael R. Wasielewski, Christian A. Malapit; „Triphenylphosphine Oxide-Derived Anolyte for Application in Nonaqueous Redox Flow Battery“; Journal of the American Chemical Society, 2025-1-7
Themen
Organisationen
„Wir wollen ein selbstlernendes KI-System entwickeln, das einzelne Moleküle schnell, gezielt und in der richtigen Ausrichtung platziert, und das alles völlig autonom“
Forschende beobachten und kontrollieren ultraschnelle Oberflächenwellen in Graphen
Neue Perspektiven für die Entwicklung nachhaltiger organischer Materialien in der Photokatalyse und Optoelektronik
In einer hybriden Kaskade wird aus klimaschädlichem CO2 wieder wertvolles Methanol
Die ungiftige Beschichtung bietet sicherere Lösungen gegen Feuer
Elektrolyt-Additive für verbesserte Energiespeicherung: „Synchrotrontechniken bieten leistungsstarke Werkzeuge zur Charakterisierung von Batteriematerialien“
Materialien mit negativer Wärmeausdehnung als Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien
Ein neuer Ansatz für effektive thermoelektrische Kühlung bei niedrigen Temperaturen
Automatisierte Analysemethode zur Beschleunigung des Entdeckungsprozesses bei Einzelatomkatalysatoren
Forscher veränderten Bakterien in der Abwasserbehandlung
Mikrobiologie trifft Elektrotechnik
Degradationsprozesse im Blick
Universelle Lösung mit indirektem Klimaschutz
„Unsere Methode verwendet nachhaltige, kostengünstige Katalysatoren und arbeitet bei Raumtemperatur mit sanftem blauem Licht“
Mit diesem Durchbruch werden zwei Umweltprobleme auf einmal angegangen
Eine wahre Goldgrube
Mit dem Absenden des Formulars willigen Sie ein, dass Ihnen die LUMITOS AG den oder die oben ausgewählten Newsletter per E-Mail zusendet. Ihre Daten werden nicht an Dritte weitergegeben. Die Speicherung und Verarbeitung Ihrer Daten durch die LUMITOS AG erfolgt auf Basis unserer Datenschutzerklärung. LUMITOS darf Sie zum Zwecke der Werbung oder der Markt- und Meinungsforschung per E-Mail kontaktieren. Ihre Einwilligung können Sie jederzeit ohne Angabe von Gründen gegenüber der LUMITOS AG, Ernst-Augustin-Str. 2, 12489 Berlin oder per E-Mail unter widerruf@lumitos.com mit Wirkung für die Zukunft widerrufen. Zudem ist in jeder E-Mail ein Link zur Abbestellung des entsprechenden Newsletters enthalten.
Forscher der Case Western Reserve University entwickeln Zink-Schwefel-Batterietechnologie weiter
Mit diesem Durchbruch werden zwei Umweltprobleme auf einmal angegangen
Eine wahre GoldgrubeMögliche Anwendung für selbstreinigende Oberflächen in Automobilen oder GebäudenOhne jeglichen Kohlenstoff-Fußabdruck
Ein maßgeschneiderter „Superman-Umhang“ für Bakterien
Universelle Lösung mit indirektem Klimaschutz
In einer hybriden Kaskade wird aus klimaschädlichem CO2 wieder wertvolles Methanol
ETH-Spin-off Aeroskin Tech entwickelt eine innovative Wärmedämmung, die dank Aerogel-Technologie Gebäude effizienter und nachhaltiger isoliert
Mikrobiologie trifft Elektrotechnik
Forschungsergebnisse wurden an das Biotech-Start-up BioRevert übertragenBauchspeicheldrüsenkrebszellen haben einen erhöhten Spiegel an Wasserstoffperoxid
Warum eine seit langem eingesetzte Kombinationstherapie gegen schwarzen Hautkrebs besser wirkt als die EinzelwirkstoffeMit einem neuen Ansatz lässt sich die Form eines ungeordneten Proteins auf zwei verschiedene Arten bestimmen – an derselben Probe
Erstmals Struktur und Funktionsweise des Zorya-Systems beschriebenGrundlage für neue Behandlungsstrategien gegen Krebs
Neuer Prozess erstmals entdeckt und beobachtet
Genetischer Werkzeugkasten im Einsatz
Meta-Analyse früherer Studien deutet auf positive Wirkung hinNeue superauflösende mikroskopische Methode entwickelt
„Es ist selten, dass ein Molekül gegen so viele verschiedene Grippeviren schützen kann“Forschende haben einen Mechanismus identifiziert, der möglicherweise die neurologischen Symptome von Long COVID erklärt
Neuartiges Antibiotikum
Adstringenter Geschmackseindruck ist Folge eines Schmierdefekts im Mund
Biosensoren zeigen Verhältnis von NADPH zu NADP⁺ erstmals in lebenden Zellen in Echtzeit an
Langsame Gehirnwellen machen Hirnrinde besonders aufnahmebereit
Rotkohl aus dem Glas hat weniger Vitamin C, der aus Standbeuteln oft fast null
Bonner Forscher zeigen, wie Gene, die für Krankheiten relevant sind, leichter identifiziert werden können
Algorithmus für besonders exakte Beurteilung von Hirnschäden
29 Whey-Protein-Produkte geprüft, die per Flagge oder mit „made in Germany“ oder „Ursprungsland Deutschland“ werben.Vereinbarung umfasst den Produktionsstandort in Illertissen
Eine neue Studie legt nahe, dass die Zunge neben süß, salzig, sauer, bitter und umami auch Ammoniumchlorid als Grundgeschmack wahrnehmen kann
Die Themenwelt Batterietechnik bündelt relevantes Wissen in einzigartiger Weise. Hier finden Sie alles über Anbieter und deren Produkte, Webinare, Whitepaper, Kataloge und Broschüren.
Die Themenwelt Batterietechnik bündelt relevantes Wissen in einzigartiger Weise. Hier finden Sie alles über Anbieter und deren Produkte, Webinare, Whitepaper, Kataloge und Broschüren.