Einfach regenerierbar: Neue Batterie setzt auf Sauerstoff statt Lithium
Ein neuer Batterie-Typ mit keramischen Elektroden bietet potenziell eine sehr gute Langzeitstabilität, benötigt aber ungewöhnlich hohe Betriebstemperaturen.
Ein Prototyp der Sauerstoff-Ionen-Batterie.
(Bild: TU Wien)
- Jan Oliver Löfken
Von Natrium-Schwefel über Zink-Luft bis zur Redox-Flow-Batterie stehen viele elektrochemische Systeme als Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien zur Verfügung oder befinden sich in der Entwicklung. Diese Vielfalt bereichern nun Wissenschaftler der Technischen Universität Wien um eine weitere Variante. Das Team um Jürgen Fleig entwickelte eine Sauerstoff-Ionen-Batterie, in der Sauerstoff anstelle von Lithium die Grundlage für einen neuartigen Stromspeicher legt. Erste Versuche zeigen ein großes Potenzial für eine langlebige und zugleich regenerierbare Batterie.
Für ihre Sauerstoff-Ionen-Batterie nutzten die Forscher hitzefeste, keramische Elektroden, die beispielsweise aus Metalloxiden aus Lanthan, Strontium und Eisen bestehen. Zwischen diesen Elektroden wandern doppelt negativ geladene Sauerstoff-Ionen. Beim Entladen wird dieser Sauerstoff in eine Keramikelektrode eingelagert und gibt dabei je Atom zwei Elektronen für einen nutzbaren Stromfluss ab. Ein erster Prototyp zeigte mit etwa 140 Wattstunden pro Liter eine volumetrische Energiedichte, die immerhin bei etwa einem Drittel von heute verfügbaren Lithium-Ionen-Batterien liegt.
Vorteile von Sauerstoff in der Batteriechemie
Zu den Vorteilen dieses Stromspeichers zählen ein sehr geringer Verlust der Speicherkapazität und eine potenziell extrem lange Lebensdauer. Zudem lässt sie sich durch die Zugabe von Sauerstoff wieder regenerieren. Wenn Sauerstoff durch Nebenreaktionen verloren geht, dann kann der Schwund einfach durch Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausgeglichen werden. Im Unterschied zu Lithium-Ionen-Batterien besteht bei den keramischen Elektroden keine Brandgefahr. Auch auf nur begrenzt verfügbare, kritische Werkstoffe wie Kobalt oder Nickel kann verzichtet werden. Selbst das derzeit noch genutzte Lanthan hoffen die Forscher durch optimierte Keramiken ersetzen zu können.
Wegen der geringeren Energiedichte wären Sauerstoff-Ionen-Batterie für mobile Anwendungen in Smartphones oder Elektromobilen jedoch schlicht zu groß. Auch die hohe Betriebstemperatur zwischen 200 und 400 Grad Celsius schränkt eine einfache Nutzung ein. Dennoch können sich Jürgen Fleig und Kollegen in Zukunft eine Anwendung für stationäre Speicher, um etwa Stromüberschüsse aus Wind- oder Solarparks aufzunehmen, vorstellen.
(jle)