Energy & Energetic Materials

Lithiumverbindungen und energetische Materialien von abcr kommen in modernen Zukunftstechnologien zum Einsatz. Ob Batterien oder Brennstoffzellen – in unserem Katalog findet sich „Gute Chemie“ für nachhaltige Anwendungen.

Die Speicherung als auch die Freisetzung von Energie aus chemischen Produkten erfolgt in vielen Prozessen des Alltags. Batterien als elektrochemische Speicher für elektrische Energie sind aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Insbesondere moderne, mobile Geräte wie Smartphones, Tablets und Co. wären ohne kleine, aber leistungsfähige Energiespeicher nicht denkbar. Darin kommen vor allem Akkumulatoren auf Basis von Lithium-Ionen zum Einsatz. Diese zeichnen sich durch eine im Vergleich zu anderen Akkutypen sehr hohe spezifische Energie aus.

Das Zeitalter der Lithium-Ionen-Batterien hat gerade erst begonnen. Im Zeichen des Klimawandels stellt die Energiewende eine der wichtigsten Herausforderungen unserer Zeit dar. Somit gewinnen Entwicklung und Produktion von hochleistungsfähigen Akkumulatoren nicht nur für Elektroautos, sondern auch für Solarbatterien und zukunftsfähige Batteriespeicherkraftwerke immer weiter an Bedeutung.

Lithium-Ionen-Akkumulator ist ein Überbegriff für wiederaufladbare Sekundärbatterien auf Basis von Lithium-Verbindungen in allen drei Phasen der elektrochemischen Zelle. Sowohl Anode und Kathode als auch der Elektrolyt enthalten Lithium-Ionen, die sich als Ladungsträger innerhalb der Batteriezelle frei durch den Elektrolyten zwischen den Elektroden hin und her bewegen können. Die Mobilität der Lithium-Ionen ist dabei notwendig, um den externen Elektronenfluss beim Lade- und Entladevorgang auszugleichen. Damit die Elektronen nicht innerhalb der Zelle zwischen den Elektroden wandern können, trennt eine als Separator bezeichnete Membran Anode und Kathode voneinander. Diese lässt die Lithium-Ionen passieren, ist aber für Elektronen undurchlässig und verhindert so einen Kurzschluss.

Beim Entladen gibt die Anode, die aus einer Interkalationsverbindung aus Graphit und Lithium-Ionen besteht, Elektronen ab. Diese fließen über den äußeren Stromkreis zur Kathode, die aus einer Übergangsmetallverbindung besteht, beispielsweise aus Lithium-Cobalt(III)-oxid oder einer anderen Cobalt-, Nickel- oder Manganverbindung. Diese nimmt die Elektronen des äußeren Stromkreises auf.

Zum Ladungsausgleich bewegt sich zeitgleich mit dem Elektronenfluss eine identische Zahl Lithiumkationen durch den Elektrolyt zur Kathode. Der Elektrolyt kann beispielsweise aus Lithium tetrafluoroborate oder Lithium bis-(oxalato)borate bestehen. Da die Affinität der Lithium-Ionen zum Material der Kathode größer ist als die zur Anode, wird beim Fließen von Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode Energie freigesetzt. Beim Ladevorgang wird von außen eine elektrische Spannung angelegt, sodass an der Anode ein Überschuss an Elektronen entsteht, wobei der Kathode Elektronen entzogen werden. Als Folge davon bewegen sich die Lithiumkationen wiederum zum Ladungsausgleich von der Kathode zur Anode. Sie lagern sich dort in die Interkalationsverbindung ein.

Lithium-Ionen-Akkumulatoren können aus einer Vielzahl verschiedener Kombinationen von Lithium-Verbindungen aufgebaut sein. Je nach Materialauswahl unterscheiden sich folglich die Eigenschaften unterschiedlicher Akku-Typen enorm. Im abcr-Sortiment finden Sie eine große Auswahl an Lithium-Verbindungen und energetischen Materialien. Sowohl für den Einsatz als Elektrolyt als auch für die Elektroden finden Sie bei uns immer die richtige „Gute Chemie“.

Brennstoffzellen als effiziente Energiewandler gelten ebenfalls als Schlüsseltechnologien auf dem Weg zu einer gelingenden Energiewende und der Umstellung auf klimafreundliche Energieträger. In einem Prozess, der auch als „kalte Verbrennung“ bezeichnet wird, reagiert ein Brennstoff (z.B. Wasserstoff, Methanol, Butan) mit einem Oxidationsmittel (wie Sauerstoff). Die entstehende chemische Reaktionsenergie wird sowohl in thermische als auch elektrische Energie umgesetzt. Wie bei der Batterie handelt es sich bei der Brennstoffzelle also um eine Galvanische Zelle, da es zu einer spontanen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie kommt. Obwohl es sich bei einer Brennstoffzelle nicht um einen Energiespeicher, sondern um einen Wandler handelt, ist sie in Aufbau und Funktionsweise mit der Batterie vergleichbar. Denn die Brennstoffzelle besteht ebenfalls aus zwei Elektroden (Anode und Kathode), die durch einen Elektrolyt voneinander getrennt sind. Dabei kommen in Brennstoffzellen je nach Typ entweder flüssige Elektrolyte, z.B. Laugen, Säuren oder auch Alkalicarbonatschmelzen, als auch feste Elektrolyte - etwa aus Keramiken oder Membranen - zum Einsatz. Da der Elektrolyt unabhängig vom eingesetzten Material zwar für Ionen, nicht aber für die Elektronen durchlässig ist, sorgt er innerhalb der Brennstoffzelle für eine getrennte Ladungsleitung. Sowohl Anode als auch Kathode sind mit einem Katalysator (beispielsweise Platin, Palladium oder Nickel ) beschichtet. Brennstoffe werden an der Anode oxidiert, zwischen Anode und Kathode kommt es nun zum Aufbau einer Spannung. Die Protonen bewegen sich durch den ionendurchlässigen Elektrolyt zur Kathode, sodass dort ein Elektronenmangel entsteht. Da die Elektronen den Elektrolyt nicht passieren können, fließen diese durch den äußeren Stromkreis zur Kathode. Dort reagieren sie mit den Protonen und Sauerstoff zu Wasser.

Obwohl je nach Brennstoffzellentyp unterschiedliche Brennstoffe genutzt werden, bezeichnet der Begriff „Brennstoffzelle“ umgangssprachlich zumeist eine Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle. Die Entwicklung dieser Technologie folgt der Vision einer umweltschonenden und unabhängigen Versorgung. Moderne Brennstoffzellen arbeiten bereits besonders effizient und sorgen für einen hohen Wirkungsgrad. Sie wandeln Erdgas in Wasserstoff um und nutzen diesen zur Energiegewinnung. Der Wasserstoff wird dabei durch einen Reformer gewonnen und reagiert dann mit zugeführtem Luftsauerstoff in einer umgekehrten Elektrolyse zu Wasser, Strom und Wärme. Dabei bieten sich umfangreiche Nutzungsmöglichkeiten für diese innovative Technik. Ihr Einsatz für die Strom- und Wärmeversorgung von Gebäuden sowie für die Mobilität der Zukunft ist vielversprechend. Im Freizeitbereich haben Brennstoffzellen bereits den Einzug in den Alltag gefunden, beispielsweise bei der Energieversorgung von Wohnmobilen.

Auch im Bereich der Brennstoffzellen erwartet Sie in unserem abcr-Webshop ein umfangreiches Angebot an Materialien für Ihre Elektroden und Elektrolyte. So halten wir für Sie hochwertige Edelmetalle wie Platin und Palladium für Ihre Elektrodenbeschichtungen bereit. Zusammen mit unserem Kooperationspartner Höganäs bieten wir Ihnen außerdem oxidische Keramiken für feste Elektrolyte sowie Laugen, Säuren und Alkalicarbonate für Ihre flüssigen Elektrolyte.

Energetische Materialien setzen durch chemische Umwandlung innerhalb kürzester Zeit große Mengen an Energie frei. Neben Anwendungen in der Antriebstechnik (z.B. von Hydrazin als Raketentreibstoff) und als Sprengstoffe sind sie jedoch auch für mikromechanische Systeme notwendig. Eine ihrer bekanntesten Anwendungen garantiert die tägliche Sicherheit vieler Autofahrer - nämlich die Funktionsfähigkeit eines Airbags, der sich beim Auslösen unter Verwendung einer kleinen Menge Sprengstoff aufbläst.