Genial einfach: Wiener Forscher entwickeln Sauerstoff-Ionen-Batterie

Die Energiedichte ist zwar nicht so hoch wie bei den bekannten Lithium-Ionen-Batterien, dafür ist die Lebensdauer nahezu unbegrenzt, die Sicherheit hoch und es werden keine problematischen Rohstoffe benötigt: Hier ist die Sauerstoff-Ionen-Batterie.
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"Wir haben schon seit längerer Zeit viel Erfahrung mit keramischen Materialien gesammelt, die man für Brennstoffzellen verwenden kann", sagt Alexander Schmid vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der Technischen Universität Wien. "Das brachte uns auf die Idee, zu untersuchen, ob solche Materialien vielleicht auch dafür geeignet wären, eine Batterie herzustellen."

Und es zeigte sich, dass dies funktioniert: Die keramischen Materialien können doppelt negativ geladene Sauerstoff-Ionen aufnehmen und abgeben. Wenn man eine elektrische Spannung anlegt, wandern die Sauerstoff-Ionen von einem keramischen Material zum anderen, danach kann man sie wieder zurückwandern lassen und so elektrischen Strom erzeugen.


Nachschub aus der Luft

Das Grundprinzip ähnelt jedem beliebigen anderen wiederaufladbaren Stromspeicher. Im Vergleich zur Lithium-Ionen-Batterie gibt es aber einige entscheidende Vorteile: Die Keramik ist beispielsweise nicht brennbar und auch bei Defekten ist es ausgeschlossen, dass ein Feuer ausbricht. Hinzu kommt, dass alle eingesetzten Materialien ohne größere Probleme und Umweltrisiken verfügbar sind. Im Prototyp kommt noch ein wenig Lanthan zum Einsatz, doch hier laufen bereits die Arbeiten an Alternativen.

Die Sauerstoff-Ionen-Batterie bringt noch einen anderen wichtigen Vorteil mit: "In vielen Batterien hat man das Problem, dass sich die Ladungsträger irgendwann nicht mehr bewegen können", so Schmid. "Dann können sie nicht mehr zur Stromerzeugung genutzt werden, die Kapazität der Batterie sinkt. Nach vielen Ladungszyklen kann das zum ernsten Problem werden." Die Sau­er­stoff-Io­nen-Bat­te­rie hingegen lässt sich problemlos regenerieren: Wenn Sauerstoff durch Nebenreaktionen verloren geht, dann kann der Schwund einfach aus der Umgebungsluft ausgeglichen werden.

Die Energiedichte liegt allerdings lediglich bei einem Drittel dessen, was ein Li­thi­um-Io­nen-Ak­ku mitbringt. Daher ist der Speicher für Smartphones oder Autos nicht geeignet. Um aber insbesondere den überschüssigen Strom von Windkraft- oder Solaranlagen für die spätere Abgabe ins Stromnetz aufzunehmen, wäre die Technik gut geeignet - hier ist die Größe in der Regel kein limitierender Faktor und die enorme Lebensdauer macht das System als Pufferlösung sehr attraktiv.

Zusammenfassung
  • Keramische Materialien aus Brennstoffzellen eignen sich für Batterien.
  • Vorteil: Nicht brennbar, keine problematischen Rohstoffe, hohe Sicherheit.
  • Energiedichte geringer als Lithium-Ionen, aber unbegrenzte Lebensdauer.
  • Regenerierbar durch Sauerstoffzufuhr aus Umgebungsluft.
  • Ideal für Stromspeicherung von Wind- und Solaranlagen.

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