Forschende aus Japan haben eine Luft-Batterie entwickelt, die ohne Metall-Elektroden funktioniert. Der neue Akku ist zwar noch nicht praxistauglich, könnte künftig allerdings die Lebensdauer von Batterien in kleinen elektronischen Geräten drastisch verlängern. Die Hintergründe.
Batterien sollen eine hohe Kapazität haben, lange halten und am besten umweltverträglich sein – und das zu einem möglichst niedrigen Preis. Für elektronische Geräte wie Smartphones, Laptops und Tablets werden vor allem Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Die Forschung gibt sich jedoch Mühe, ihre Lebensdauer stetig zu verlängern.
Ein Ansatz sind dabei Luft-Batterien. In der Vergangenheit konnten Wissenschaftler:innen in diesem Bereich einige Erfolge feiern. Nun hat eine Gruppe japanischer Forschender offenbar einen neuen Durchbruch geschafft.
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Luft-Batterie speichert ein Vielfaches des Stroms bisheriger Akkus
Wie die japanische Forschungsgruppe um Kenji Miyatake im Wissenschaftsmagazin Angewandte Chemie berichtet, haben sie eine neue Art der Luft-Batterie entwickelt. Sie beinhaltet organische Moleküle und feste Elektrolyte.
Bereits zuvor testeten Wissenschaftler:innen Lithium-Luft-Batterien. Sie speicherten mit mehr als 1.000 Milliamperestunden pro Gramm ein Vielfaches der Strommengen herkömmlich verfügbarer Lithium-Ionen-Batterien. Allerdings nutzten sie dazu flüssige Elektrolyte und wiesen nur eine geringe Zyklenfestigkeit vor. Diese Probleme wollene die Forschenden aus Japan mit ihrem Prototyp nun lösen.
Luft-Batterie besteht aus größtenteils organischen Elementen
Dazu verzichten sie auf elektrochemische aktive metallische Elektroden und vermeiden so die Bildung von spitzen Dendriten beim Laden und Entladen der Batterie. „Es wurde eine Proof-of-Concept-Studie für eine wiederaufladbare Luftbatterie (SSAB) mit redoxaktivem 2,5-Dihydroxy-1,4-benzochinon (DHBQ) und dessen Polymer (PDBM) sowie einem protonenleitenden Polymer (Nafion) durchgeführt“, heißt es in der Veröffentlichung. Dabei handelt es sich hauptsächlich um organische Substanzen.
Vor allem das Polymer PDBM unterstützt den Forschenden zufolge die Entladekapazität der Luft-Batterie. Sie erreichte eine gravimetrische Kapazität von 176,1 Milliamperestunden pro Gramm. Nach 30 Ladezyklen konnte die Forschungsgruppe so noch ein Fassungsvermögen von 78 Prozent nachweisen.
Tatsächlich zeigen diese Werte, dass die Luft-Batterie aus Japan noch lang nicht praxisreif ist. Allerdings belegt der Praxistest des Prototyps zum ersten Mal, dass eine Luft-Batterie mit festen Elektrolyten tatsächlich funktioniert.
Neue Batterie aus Japan könnte elektronische Geräte länger antreiben
Um die neue Luft-Batterie auch im Alltag nutzbar zu machen, muss die Forschungsgruppe unter anderem die Zyklenfestigkeit weiter erhöhen. Theoretisch seien bis zu 60.000 Zyklen bei einer Kapazität von 200 Milliamperestunden pro Gramm möglich. „Die Luft-Batterien wiesen eine hohe Leistung auf, die nahe an der theoretischen Höchstkapazität lag“, so die Forschenden in ihrem Artikel.
Sollten die japanischen Wissenschaftler:innen ihre Entwicklung noch weiter verbessern, könnte die Luft-Batterie die Lebensdauer von Batterien in kleinen elektronischen Geräten wie beispielsweise Smartphones und Tablets künftig verlängern. Laut Miyatake soll sie zudem zur Verwirklichung einer kohlenstofffreien Gesellschaft beitragen.
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