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Sauerstoff als Reaktionspartner

Lithium-Sauerstoff-Akkus sind keine neue Idee, sondern wurden in den 1990er-Jahren schon einmal ausprobiert, weil sie schon damals Platz- und damit Gewichtsvorteile gegenüber anderen Speichertechniken versprach. Eine normale Lithium-Batterie sieht sowohl an der Anode als auch an der Kathode Trägermaterial vor, in welchem sich die Lithium-Ionen und -Atome nach ihrer Wanderung durch den Elektrolyt setzen, um Elektronen auszutauschen, die wiederum für den Stromfluss sorgen. Dieses Trägermaterial – Metall, amorphes Silizium oder Graphit – macht den Großteil der Batteriemasse aus. Mit Sauerstoff als Reaktionspartner kann man eines dieser Substrate weglassen und stattdessen eine Reaktionsoberfläche verwenden. Dadurch steigt die Energiedichte pro kg Akku erheblich. Theoretisch sind Werte möglich, die mit Benzin- oder Dieseltanks zumindest vergleichbar sind. Doch selbst die deutlich kleinere, aber praktisch erreichbare Vervielfachung auf knapp das Zehnfache lohnt bereits den experimentalen Aufwand.

Elektrolyten gesucht

Das Problem mit Lithium und Luft: Lithium ist extrem aggressiv, reagiert sogar mit dem vergleichsweise inerten Luftstickstoff. Dafür einen Elektrolyten zu finden, der nicht in kurzer Zeit aufgibt, ist schwierig, und schwierig ist auch, dass Luft ja nicht nur Stickstoff und Sauerstoff, sondern auch Feuchtigkeit enthält. Diese darf auf keinen Fall mit Lithium in Berührung kommen, weil die folgende, heftige Reaktion die Batterie verbrennen würde. Alle aktuellen Forschungsprojekte setzen hier auf Membranen, an denen Lithium mit dem Luftsauerstoff reagieren kann, ohne mit den anderen Bestandteilen der Luft in Kontakt treten zu müssen. Konkret gelöst sind das meistens Kohlenstoffstrukturen, in denen sich Lithiumoxid und Lithiumperoxid bilden. Dieses Material wiederum kann die Membran derart verstopfen, dass keine weitere Reaktion stattfinden kann – eine weitere Herausforderung.