Batterie-Doppel-Erfolg! Zink-Luft-Batterien werden leichter und endlich wiederaufladbar

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Wissenschaftler der TU Darmstadt melden einen Erfolg! Es gelang ihnen, die Effizienz und Ladeeigenschaften sogenannter Zink-Luft-Batterien deutlich zu verbessern.

Zink-Luft-Batterien gehören zu den ältesten und zugleich effizientesten chemischen Batteriespeichern, wie die Forscher anmerken. Sie liefern Spannung durch eine Reaktion von metallischem Zink mit Sauerstoff aus der Luft. Knopfzellen in Hörgeräten sowie Batterien für Elektrozäune und Signallampen gehören zu dieser Batteriekategorie, heißt es. Allerdings haben diese Energiespeicher auch gravierende Nachteile. Denn sie sind bisher nicht wiederaufladbar. Auch benötigen sie Elektroden aus metallischem Zink, das möglichst vollständig genutzt werden muss, um eine Wiederaufladbarkeit sowie eine hohe Lade- und Entladeleistung zu erreichen. Weil es bisher aber misslang, eine Effizienz von über 50 Prozent zu erreichen, sind die metallischen Anoden immer überdimensional groß ausgelegt. Dadurch ist die Produktion wenig ressourcenschonend, und die Batterien sind für alle Arten von mobilen Anwendungen bislang unnötig schwer und ungeeignet.

Innovativ! Laden- und Entladen per homogener Elektrolytlösung

Die Experten erklären das in etwa so, dass man sich das als Totvolumen einer bestimmten Benzinmenge vorstellen sollte. um das Bild fossiler Fortbewegungsenergie zu bemühen, die nie aus einem Tank gefördert werden kann, letztlich aber immer mitgeführt werden muss, um den Betrieb überhaupt erst möglich zu machen. Ein weiteres Defizit der Zink-Luft-Speichertechnik in ihrer bisherigen Form ist, dass beim wiederholten Aufladen sich stabförmige Kristallstrukturen bilden können, sogenannte Dendriten, die die Batterie schädigen oder sogar zerstören könnten. Arbeitsgruppe in Darmstadt aus der anorganischen Chemie löste diese Probleme, wie es weiter heißt, mit einer völlig neuen Herangehensweise. Denn anstatt mit Metallanoden und -kathoden zu arbeiten, führen sie nun den Lade- und Entladeprozess direkt aus einer homogenen Elektrolytlösung heraus durch. Der Elektrolyt ist sowieso in jeder Batterie fester Bestandteil und dient im neuen Konzept einerseits als leitfähiges Medium und andererseits zugleich als Quelle für die Abscheidung und Auflösung der Zinkanode, so die Erklärung. Mit der Abscheidung und Wiederauflösung des Aktivmetalls Zink direkt aus einer Lösung an einer nanostrukturierten Kohlenstoffelektrode leiten die Forscher, wie sie betonen, einen Paradigmenwechsel ein. Damit sei es möglich, funktions- und leistungsfähige, wiederaufladbare Zink-Luft-Batterien zu entwickeln.

Leichtbaubatterie mit Entladungstiefe von 92 Prozent

Mit dieser Alternative könnten die Zink-Luft-Speicher momentan über 200-mal mit hoher Leistungs- und Energiedichte wiederaufgeladen werden. Und dahinter versteckt sich noch eine weitere Optimierungs-Chance. Denn die Nutzbarkeit der chemisch gespeicherten Energie ist bereits jetzt fast vollständig reversibel – die sogenannte Entladungstiefe liegt bei 92 Prozent. Weil für den Betrieb der Batteriezelle auch keinerlei Metallelektroden mehr benötigt werden und nur noch ein Minimum an chemischen Substanzen, ist die Effizienz deutlich erhöht. Das führe zu einer enormen Gewichtsersparnis im Vergleich zu den bisherigen Batterien.

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