Lithium-Ionen-Batterien sind allgegenwärtig – vom Heimspeicher übers Elektroauto bis zum Smartphone. Das heißt nicht, dass sie für alle Einsatzbereiche die beste Lösung sind. An der TU Wien gelang es nun, eine Sauerstoff-Ionen-Batterie zu entwickeln, die einige wichtige Vorteile aufweist.
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Bereits zum Patent angemeldet
Sie ermöglicht zwar nicht ganz so hohe Energiedichten wie die Lithium-Ionen-Batterie, aber dafür nimmt ihre Speicherkapazität im Lauf der Zeit nicht unwiderruflich ab. Sie lässt sich regenerieren und ermöglicht damit eine sehr lange Lebensdauer.
Außerdem kann man Sauerstoff-Ionen-Batterien ohne seltene Elemente herstellen. Und sie besteht aus nicht-brennbaren Materialien. Die neue Batterie wurde zusammen mit Kooperationspartnern aus Spanien zum Patent angemeldet. Für große Energiespeicher könnte sie eine aussichtsreiche Lösung bieten.
Keramiken zur Wanderung der Ionen
Basis des neuen Konzept sind spezielle Keramiken. Sie können doppelt negativ geladene Sauerstoffionen aufnehmen und abgeben. Wenn man eine elektrische Spannung anlegt, wandern die Ionen von einem keramischen Material zum anderen. Danach kann man sie wieder zurückwandern lassen, um elektrischen Strom erzeugen.
Die Keramik ist nicht brennbar. Brände sind praktisch ausgeschlossen. Außerdem kommt man ohne seltene Elemente aus, die teuer sind oder nur auf umweltschädliche Weise gewonnen werden.
Der Prototyp der Batterie verwendet noch Lanthan – ein zwar nicht seltenes aber doch nicht völlig alltägliches Element. Doch auch Lanthan soll ersetzt werden. Auf Kobalt oder Nickel, die in vielen Batterien verwendet werden, kann man völlig verzichten.
Fast unbegrenzte Lebensdauer
Der vielleicht wichtigste Vorteil der neuen Batterietechnik ist ihre Langlebigkeit: „In vielen Batterien hat man das Problem, dass sich die Ladungsträger irgendwann nicht mehr bewegen können“, sagt Alexander Schmid von der TU Wien. „Dann können sie nicht mehr zur Stromerzeugung genutzt werden, die Kapazität der Batterie sinkt. Nach vielen Ladezyklen kann das zum ernsten Problem werden.“
Die Sauerstoff-Ionen-Batterie hingegen lässt sich problemlos regenerieren: Wenn Sauerstoff durch Nebenreaktionen verloren geht, wird der Schwund einfach durch Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausgeglichen.
Hohe Temperaturen erforderlich
Für Smartphones oder Elektroautos ist das neue Batteriekonzept nicht gedacht. Denn die Sauerstoff-Ionen-Batterie erreicht nur rund ein Drittel der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien.
Zudem läuft sie bei Temperaturen zwischen 200 und 400 Grad Celsius. Höchst interessant ist die Technologie zum Speichern großer Energiemengen. „Wenn man etwa einen großen Energiespeicher benötigt, um Solar- oder Windenergie zwischenzuspeichern, wäre die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine hervorragende Lösung“, glaubt Alexander Schmid. „Die Stärken unserer Batterie wären gerade dort aber besonders wichtig: Die lange Lebensdauer, die Möglichkeit, große Mengen dieser Materialien ohne seltene Elemente herzustellen, und die Tatsache, dass es bei diesen Batterien keine Brandgefahr gibt.“ (HS)
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