Die Hochleistungs-Batterien der Zukunft laufen mit „geschmolzener Luft“

 

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04.12.2014 12:29
Wissenschaftler in den USA haben hocheffiziente Batterie aus Luft und geschmolzenen Elektrolyten hergestellt. Sie soll leistungsstärker, haltbarer und kosteneffizienter als die bisherigen Produkte sein. Anwendung könnte die Batterie vor allem in der Autoindustrie finden.

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Bislang gelten Elektrofahrzeuge vor allem aufgrund ihrer geringen Reichweite als unattraktiv. Dank jüngster Forschungsergebnisse könnte sich das künftig ändern. Ein Team der George Washington University hat eine neue Hochleistungs-Batterie entwickelt. Diese könnte eine interessante Alternative für die üblichen Batterien in den Fahrzeugen darstellen. Allerdings benötigen sie bislang sehr hohe Temperaturen, um zu funktionieren.

Das Team um Forschungsleiter Stuart Licht bezeichnet seine Innovation als „molten air battery“. Diese neuen aufladbaren Batterien basieren auf geschmolzenen Elektrolyten, Luft-Sauerstoff und speziellen „Multi-Elektron-Elektroden“, welche aktuell die höchste Energiedichte ermöglichen. Das Ergebnis: „Dank ihrer Energiedichte, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit könnten sie konventionelle Elektroautobatterien ersetzen“, zitiert das Fachportal phys.org den Studienleiter.

Die Forscher experimentierten mit Eisen, Kohlenstoff oder Vanadiumborid und untersuchten sie auf ihre Fähigkeit, mehrere Elektronen zu übertragen. Ihre Batterien waren schließlich in der Lage, drei, vier und elf Elektronen pro Molekül zu speichern. Sie besaßen also die 20 bis 50-fache Speicherkapazität eines herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus (mehr hier). Sie kann nur ein Elektron pro Lithium-Molekül speichern. Nach Einschätzung von Licht sei damit eine völlig „neue Klasse“ von Batterien entstanden.

Licht und sein Team haben bereits andere Batterien dieser Art gearbeitet. Auch sie hatten hohe Speicherkapazitäten, daneben aber einen gravierenden Nachteil: Sie waren nicht wiederaufladbar. Produkte, die es waren, verfügten jedoch nur über geringe Speicherkapazitäten. Die jüngste Batterien-Generation vereint nun das Beste aus beiden Welten: Eine Kombination aus hoher Speicherkapazität und Reversibilität.

Das Funktions-Prinzip der neuen Batterie ergibt sich übrigens bereits aus dem Namen: Luft dient als eine der Batterieelektroden, einfaches Nickel oder Eisen als die andere. „Geschmolzen“ bezieht sich auf die Elektrolyte, die mit Reagenzien von Eisen-, Kohlenstoff- oder Vanadium-Borid gemischt und erhitzt werden, bis sie flüssig sind. Der flüssige Elektrolyt bedeckt die Metallelektrode und ist auch der Luftelektrode ausgesetzt. Die Batterien sind durch elektro-chemische Wiedereinsetzung in der Lage, eine hohe Anzahl von Elektronen aufzuladen. Die wiederaufladbaren Batterien nutzen den Sauerstoff direkt aus der Luft. Das sorgt für eine hohe Batterie-Kapazität. Die geschmolzenen Elektrolyte machen die Aufladung möglich, so Licht.

Der bisherige Haken: Die Elektrolyte werden bei extrem hohen Temperaturen geschmolzen. Sie benötigen zwischen 700 und 800 Grad Celsius. Dieser Umstand könnte zu einer Herausforderung in Bezug auf einen Einsatz in der Fahrzeugindustrie werden. Doch genau an diesem Punkt setzt nun die weitere Forschung an. Bislang ist es schon gelungen, eine Schmelze bei 600 Grad und weniger herbeizuführen.

Auch in Israel gibt es Bemühungen auf diesem Gebiet. Eine neue Aluminium-Luft-Batterie von Phinergy und Alcoa soll dafür sorgen, dass Elektroautos eine Reichweite von bis zu 1.600 Kilometern erreichen können. Mit prognostizierten 20 bis 30 Jahren Laufzeit schlägt diese Neuerung somit alle bisherigen Batterien um Längen. Der Nachteil: Fahrzeuginhaber können die Batterie nicht selber aufladen (mehr hier).


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