Analyse von Batterien, Superkondensatoren und Brennstoffzellen

Eine stilisierte Illustration einer zylindrischen Batterie vor einem gelben Hintergrund Querschnitt einer Batterie zur Veranschaulichung der inneren Schichten und Komponenten Die positiven und negativen Pole sind deutlich markiert und ein kreisförmiger Pfad stellt den Elektronenfluss um die Batterie herum dar. Die inneren Schichten sind in Rosa und Gelb dargestellt und die schwarzen Punkte symbolisieren die Ionen.

Batterien, Brennstoffzellen und Superkondensatoren sind Systeme mit unterschiedlichen elektrochemischen Energiespeicher- und -umwandlungsmechanismen, aber ähnlichen elektrochemischen Eigenschaften für Anwendungen mit hoher Energie- und Leistungsdichte.

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Eine Zusammenstellung typischer Sigma-Aldrich-Flaschen im Inneren des Schnittbildes einer Batterie.

Batteriematerialien

Die Batteriematerialien gewährleisten reproduzierbare Daten für eine zuverlässige Leistung und unterstützen Forschungsanforderungen von der Entwicklung bis zur Fertigung.

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Petrischale mit Dynamic M, hergestellt aus hochreinen Salzen

Hochreine Salze

Wir bieten eine breite Palette an hochreinen Salzen an, darunter Nitrate, Oxalate, Halogenide, Sulfate, Carbonate und Acetate, die sowohl in wasserfreier als auch in hydratisierter Form erhältlich sind.

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Hochreine Oxide und Keramikwerkstoffe, die bei der Herstellung von leichten, leistungsstarken Halbleitern und Hochtemperaturanwendungen zur thermischen und elektrischen Isolierung verwendet werden.

Oxide & Keramiken

Wir bieten ein umfangreiches Sortiment hochreiner Oxide und Keramiken mit spezialisierten Synthese- und Aufreinigungstechniken und unterschiedlichen Partikelgrößen an.

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Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt der Metallelemente mit ihren Symbolen und Ordnungszahlen im Periodensystem.

Hochreine Metalle & Legierungen

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Batterien

Eine Batterie besteht aus Elektroden (Kathode (+) und Anode (-)), einem leitfähigen Elektrolyten und einem Separator zwischen Anode und Kathode. In wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien (LIB) wandern monovalente Lithiumkationen zwischen den Elektroden. Beim Entladen oxidiert die Anode (-) (verliert Elektronen) und die Kathode wird reduziert (gewinnt Elektronen). Beim Aufladen kehrt sich dieser Vorgang um. Aufgrund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte, verbesserter Sicherheit und niedrigeren Materialkosten haben LIB die Elektronikindustrie revolutioniert und sind in viele Bereiche unseres Lebens, von mobilen Geräten bis hin zu Elektrofahrzeugen, integriert. Im Jahr 2019 wurde der Nobelpreis für Chemie an die Wissenschaftler verliehen, welche die LIB-Technologie entwickelt haben.

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Illustration of a PEM fuel cell with a blue background. The image shows the flow of hydrogen (H2) and oxygen (O2) into the cell, with water (H2O) as a byproduct. The diagram includes arrows indicating the movement of electrons (e-) and protons (H+), and the internal structure with several layers and flow channels.

Brennstoffzellen

Brennstoffzellen bestehen aus einer Anode, einer Kathode und einem leitfähigen Elektrolyten und werden oft in Reihe geschaltet, um die Gesamtmenge der erzeugten Elektrizität zu erhöhen. Die Elektrode besteht aus einem porösen Material, das mit einem Katalysator zur Stromerzeugung beschichtet ist. Es gibt fünf Haupttypen von Brennstoffzellen, die sich durch die Art des verwendeten Elektrolyten unterscheiden: Polymerelektrolytmembran, Festoxid, Phosphorsäure, Alkali und geschmolzenes Karbonat. Die Polymerelektrolytmembran, auch bekannt als Protonenaustauschmembran (PEM), gilt als die vielversprechendste Nachfolgetechnologie für die alkalische Brennstoffzelle.

Brennstoffzellen wurden als alternative Energietechnologie entwickelt da sie aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads, ihrer geringen Emissionen und ihrer geringen Umweltauswirkungen herkömmliche Verbrennungsmotoren übertreffen. Brennstoffzellen erzeugen nur Wärme und Wasser als Nebenprodukte, was sie zu einer vielversprechenden Alternative als zukünftige Energiequelle für eine Vielzahl von Anwendungen macht, wie zum Beispiel für tragbare Geräte, stationäre Geräte und das Transportwesen.

Example of a supercapacitor made from two electrodes, an electrolyte, and a separator to allow the transfer of ions, while keeping the polarizing electrodes separate.

Superkondensatoren

Die Komponenten von Superkondensatoren sind ähnlich denen von Batterien. Superkondensatoren zeichnen sich jedoch durch ihre Fähigkeit zur Ladungsspeicherung aus. Die Elektrodenmaterialien tragen zur Speicherleistung eines Superkondensators bei und können in drei Kategorien eingeteilt werden: Doppelschichtkondensatoren, die elektrostatisch wirken, Pseudokondensatoren, die elektrochemisch wirken, und Hybridkondensatoren, die beides nutzen.

Superkondensatoren sind eine Energiequelle mit hoher Dichte, hoher Energiespeicherkapazität, langer Haltbarkeit und Schnellaufladefähigkeit, was sie ideal für Anwendungen in Hybridfahrzeugen, tragbaren Geräten und für die Energiegewinnung (Energy Harvesting) macht.

Batterien, Superkondensatoren & Brennstoffzellen

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