Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben einen tiefen Blick in die Eisen-Luft-Batterie geworfen. Die Ergebnisse gelten als ein Schlüssel für die Weiterentwicklung der Technologie. Diese hat schließlich einige Vorteile gegenüber der Lithium-Ionen-Batterie, wie sie heute üblich ist.
Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich (FZJ) ist ein tiefer Blick in die Eisen-Luft-Batterie gelungen. Mit der sogenannten elektrochemischen In-Situ Rasterkraftmikroskopie haben sie nanometergenau, in Echtzeit und unter realen Einsatzbedingungen beobachtet, wie wie sich Ablagerungen aus Eisenhydroxid-Partikeln an der Eisenelektrode bilden und wieder abgebaut werden, wenn der Akku be- oder entladen wird. Die Messgeräte haben sie im Oak Ridge National Laboratory im US-Bundesstaat Tennessee gefunden.
Das klingt erst einmal banal. Doch gilt unter Wissenschaftlern als ein vertieftes Verständnis der Lade- und Entladereaktionen als Schlüssel für die Weiterentwicklung der Technologie bis hin zur Marktreife. Denn bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Bisher haben Forscher zwar schon Eisen-Luft-Akkus schon mehrere tausend Mal be- und entladen. Allerdings nur unter Laborbedingungen. Eine vollständige Eisen-Luft-Batterie, die als Gegenpol zur Eisenelektrode mit einer Luftelektrode ausgestattet ist, hat es bisher noch nicht über 20 bis 30 Be- und Entladezyklen hinaus gebracht. Das könnte sich jetzt ändern, wenn die Forscher genau wissen, wie sich die Elektroden verhalten.
Riesige Energiedichte erwartet
Die Eisen-Luft-Batterie gilt als einer der universellsten Batterietypen, an denen geforscht wird. Denn mit einer riesigen, theoretischen Energiedichte von über 1.200 Wattstunden pro Kilogramm liegen sie weit vor den derzeit gängigen Lithium-Ionen-Akkus, die es auf 600 Wattstunden pro Kilogramm bringen, allerdings ohne das Gehäuse mit einzurechnen. Nur Lithium-Luft-Batterien sind hier mit einer theoretischen Energiedichte von 11.400 Wattstunden pro Kilogramm noch besser.
Material verfügbar
Allerdings gibt es um Eisen – anders als im Falle des Lithiums – derzeit keine Debatten über die Verfügbarkeit. „Wir konzentrieren uns mit unserer Forschung ganz bewusst auf Batterietypen aus Materialien, die sehr häufig in der Erdkruste vorkommen und in großer Menge gefördert werden“, erklärt Rüdiger-A. Eichel, Leiter des Instituts für Energie- und Klimaforschung des FZJ. „Versorgungsengpässe sind so nicht zu erwarten. Damit verbunden ist zudem ein Kostenvorteil, der sich direkt auf die Batterie übertragen lässt – insbesondere für großskalige Anwendungen, etwa für stationäre Anwendungen zur Stabilisierung des Stromnetzes oder die Elektromobilität.“
Letztere ist auf ein geringes Gewicht angewiesen. Aber auch das Einbauvolumen ist wichtig. Schließlich ist der Raum im Elektroauto knapp. Hier sind die Eisen-Luft-Batterien bisher – zumindest theoretisch – unschlagbar. Denn sie bringen es immerhin auf 9.700 Wattstunden pro Liter. Das ist fünf mal mehr als die volumetrische Energiedichte der heutigen Lithium-Ionen-Batterien. Selbst Lithium-Luft-Batterien beziffern die Jülicher Forscher auf maximal 6.000 Wattstunden pro Liter (su)
