Toshiba hat einen Prototyp für einen neuartigen wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akku entwickelt, der Wasser als wässrigen Elektrolyten verwendet. Diese neue Batterie enthält keine brennbaren organischen Lösungsmittel, so dass sie bei niedrigen Temperaturen von sogar -30 ° C betrieben werden kann und auch im Brandfall über einen längeren Zeitraum ein geringes Risiko aufweist. Es bietet außerdem eine hohe Lebensdauer von 2.000 Lade- und Entladezyklen und kann daher in vielen Energiespeicheranwendungen mit großer Kapazität eingesetzt werden.
Die Energie, die aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind gewonnen werden kann, schwankt mit der Tageszeit, dem Wetter, der Jahreszeit und dem Ort. Um eine stabile Stromversorgung aus diesen erneuerbaren Energiequellen zu erreichen, benötigen wir stationäre Großbatterien, die diese Energie speichern können, wenn sie verfügbar sind, und sie bei Bedarf beziehen können. Diese Großbatterien sind normalerweise wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien (LIB) mit hoher Energiedichte. Der Nachteil dieser LIB-Batterien ist jedoch, dass sie brennbare organische Lösungsmittel verwenden, um eine hohe Energiedichte zu erreichen. Dies ist ein wichtiges Sicherheitsbedenken, und daher dürfen diese großen Speicherbatterien nicht in Anwendungen verwendet werden, in denen ein hohes Maß an Sicherheit erforderlich ist.
Die vorherigen SCiB-Batterien von Toshiba hatten eine verbesserte Sicherheitsleistung, indem die übliche Graphitanode durch ein nicht brennbares Lithiumtitanatoxid (LTO) ersetzt wurde. Jetzt hat das Unternehmen die Sicherheit weiter erhöht, indem es eine Batterie entwickelt, die einen wässrigen Elektrolyten verwendet. Während der LTO die Batterie gegen Stöße und Vibrationen schützt, sorgt der wässrige Elektrolyt für Sicherheit im Brandfall am Installationsort. Dieser Fortschritt vereinfacht sowohl die während der Installation erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen als auch den Umfang der Standorte, an denen Systeme installiert werden können. Es ist jetzt möglich, die Installation in der Nähe von Wohngebieten und in Bürogebäuden in Betracht zu ziehen, was zu einer breiteren Verwendung von Großbatterien beitragen wird.
Das Problem bei wässrigen Batterien bestand bisher darin, dass die Elektrolyse von wässrigem Elektrolyten mit der Zeit die Batterie- und Zyklusleistung verschlechtert. Toshiba hat dies mit einer neuen Batteriestruktur überwunden, die einen Festelektrolytabscheider und einen Elektrolyten mit einer hohen Konzentration an Lithiumsalz kombiniert. Dieser Ansatz verhindert, dass Wasserstoffionen (Wassermoleküle) von der Kathode zur Anode wandern und die Elektrolyse unterdrücken, wie im Hauptbild gezeigt. Es hat die Leistung verbessert, indem die Anzahl der Lade- und Entladezyklen auf über 2.000 erhöht wurde, zehnmal höher als mit der aktuellen Technologie möglich, und gleichzeitig eine Spannung von 2,4 V erreicht, die für eine wässrige Batterie hoch ist.
Die neue Batterie verwendet einen wässrigen Elektrolyten, der bei niedrigen Temperaturen nicht gefriert, wodurch das Laden und Entladen bei einer Temperatur von nur -30 ° C realisiert wird. Ein weiteres Plus ist, dass der wässrige Elektrolyt nicht nur die Betriebssicherheit verbessert, sondern auch die Kosten senken soll durch Vereinfachung der Produktionsanlagen. Toshiba wird die Forschung und Entwicklung der wässrigen Batterie weiter vorantreiben, um frühzeitig Proben zur Verfügung zu stellen.