Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben eine Möglichkeit gefunden, die Lebensdauer einer Silizium-Luft-Batterie zu verlängern. Damit haben sie ein grundlegendes Problem gelöst. Jetzt gilt es, eine in der Praxis anwendbare Varianten zu entwickeln.
Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich ist es gelungen, die bisherige Hürde für Silizium-Luft-Batterien zu identifizieren. Damit haben sie einen entscheidenden Schritt getan, um langlebige Akkus aus diesen beiden Materialien herzustellen. Derzeit sind die Lithium-Ionen-Akkus führend, wenn es darum geht, Solarstrom kurzfristig zu speichern. Sie haben die Bleitechnologie inzwischen weit hinter sich gelassen. Doch es dämmert Wettbewerb. Wissenschaftler forschen schon seit einiger Zeit an einer Technologie, die ohne die potenziell knappe Materialien wie Lithium auskommen soll. Sie konzentrieren sich auf die auf der Erde am häufigsten vorkommenden Stoffe: Luft und Silizium.
Vorteile nicht aufgeben
Der Vorteil dieser Akkus ist nicht nur, dass sie aus Stoffen bestehen, die auf der Erde ausreichend verfügbar sind, um so viele Speichersysteme herzustellen, wie die Menschheit für die Energiewende braucht. Sie haben auch eine um Längen höhere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien. Sie brauchen also viel weniger Volumen und Gewicht, um die gleiche Energiemenge zu speichern. Außerdem sind sie umweltfreundlicher und unempfindlicher gegenüber äußeren Einflüssen.
Allerdings kamen die Forscher der verschiedenen Institute, die sich mit Silizium-Luft-Batterien beschäftigten, nicht über eine der entscheidendsten Hürden: Die bisherigen Systeme stoppten nach kurzer Zeit den Stromfluss und niemand wusste, woran das lag. Die Forscher probierten verschiedene Möglichkeiten aus, bis hin zum Einsatz einer ionischen Flüssigkeit als Elektrolyt. Das ist aber sehr teuer und widerspricht damit der Grundidee einer preiswerten Variante eines elektrochemischen Stromspeichers. Der Elektrolyt sollte weiterhin in Wasser gelöstes Kaliumhydroxid sein.
Elektrolyt nachgefüllt
Am Forschungszentrum Jülich ist jetzt der erste Durchbruch gelungen. Die Wissenschaftler des Zentrums für Energie- und Klimaforschung haben herausgefunden, dass die kurze Lebensdauer am Verbrauch des Elektrolyten lag. Deshalb haben sie ein Pumpensystem entwickelt, mit dem sie die Flüssigkeit immer wieder nachfüllen konnten. „Bleibt die Siliziumanode in Kontakt mit dem Elektrolyten, läuft die Batterie“, erklärt Hermann Tempel vom Bereich Grundlagen der Elektrochemie am Forschungszentrum Jülich. Auf diese Weise haben sie die Lebensdauer auf immerhin schon mal über 1.100 Stunden verlängert, bis das Silizium vollständig aufgebraucht war. „Danach kann die Batterie durch das Auswechseln der Anode – sozusagen mechanisch – wieder aufgeladen werden“, sagt Tempel.
Praxistaugliche Variante steht auf dem Programm
Doch auch diese Lebenszeitverlängerung auf 46 Tage reicht natürlich für eine Kommerzialisierung längst nicht aus. Deshalb wollen die Wissenschaftler jetzt einen Weg finden, die Batterie am Laufen zu halten, ohne den Elektrolyt nachfüllen zu müssen. Hermann Tempel kennt auch schon den Ansatz: „Wir müssen die Selbstentladung der Batterie unterdrücken“, erklärt er. „Denn die führt dazu, dass die Elektrolytflüssigkeit verbraucht wird. Additive im Elektrolyt könnten hier helfen. Die Batterie ist immer noch nicht perfekt, aber jetzt wissen wir, woran wir arbeiten müssen“, freut er sich über den Durchbruch. (Sven Ullrich)
