Lithium-Ionen-Akkus sind heutzutage allgegenwärtig. Das heißt aber nicht, dass sie die beste Lösung sind. An der TU Wien ist es nun gelungen, eine Sauerstoff-Ionen-Batterie zu entwickeln, die einige wichtige Vorteile mit sich bringt. Sie ermöglicht zwar nicht ganz so hohe Energiedichten wie der Lithium-Ionen-Akku, ihre Speicherkapazität nimmt jedoch mit der Zeit nicht unwiderruflich ab: Sie kann regeneriert werden und ermöglicht so möglicherweise eine extrem lange Lebensdauer. Außerdem werden keine seltenen Elemente zur Herstellung gebraucht und Brandgefahr liegt auch nicht vor.
Die Forscher hatten schon seit längerem viel Erfahrung mit keramischen Materialien gesammelt, die für Brennstoffzellen verwendet werden können. Dann wurde untersucht, ob sich solche Materialien auch für die Herstellung einer Batterie eignen könnten. Die vom TU Wien-Team untersuchten keramischen Materialien können doppelt negativ geladene Sauerstoff-Ionen aufnehmen und wieder abgeben. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung wandern die Sauerstoff-Ionen von einem Keramikmaterial zum anderen und können anschließend wieder zurückwandern und so elektrischen Strom erzeugen.
Dieses Grundprinzip ist dem der Lithium-Ionen-Batterie sehr ähnlich, allerdings haben die verwendeten Materialien einige wichtige Vorteile. Da Keramik nicht brennbar ist, sind Brandunfälle, wie sie bei Lithium-Ionen-Batterien immer wieder vorkommen, praktisch ausgeschlossen. Zudem entfällt der Bedarf an seltenen Elementen, die teuer sind oder nur auf umweltschädliche Weise gewonnen werden können. Der Prototyp der Batterie verwendet noch Lanthan – ein Element, das nicht gerade selten, aber auch nicht völlig verbreitet ist. Aber auch Lanthan soll durch etwas Billigeres ersetzt werden, woran bereits geforscht wird. Auf Kobalt oder Nickel, die in vielen Batterien verwendet werden, wird gänzlich verzichtet.
Doch der vielleicht wichtigste Vorteil der neuen Batterietechnologie ist ihre potenzielle Langlebigkeit. Bei vielen Batterien hat man das Problem, dass sich die Ladungsträger irgendwann nicht mehr bewegen können. Dann können sie nicht mehr zur Stromerzeugung genutzt werden, die Kapazität der Batterie lässt nach. Die Sauerstoff-Ionen-Batterie lässt sich jedoch problemlos regenerieren: Geht durch Nebenreaktionen Sauerstoff verloren, kann der Verlust einfach durch Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausgeglichen werden.
Für Smartphones oder Elektroautos ist das neue Batteriekonzept nicht gedacht, denn der Sauerstoff-Ionen-Akku erreicht nur etwa ein Drittel der Energiedichte, die man von Lithium-Ionen-Akkus gewohnt ist und läuft bei Temperaturen zwischen 200 und 400 °C. Für die Speicherung von Energie ist die Technologie jedoch äußerst interessant, vor allem für große Energiespeicher für die Zwischenspeicherung von Sonnen- oder Windenergie. Bei einem ganzen Gebäude voller Energiespeichermodule spielen die geringere Energiedichte und die erhöhte Betriebstemperatur dann keine entscheidende Rolle mehr. Dann würden die Stärken des Sauerstoff-Ionen-Akkus besonders zum Tragen kommen: die lange Lebensdauer, und die Möglichkeit, große Mengen zu produzieren. Ihre Ergebnisse haben die Forscher der TU Wien hier publiziert.
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