Batterien aus Rost werden bei Benutzung erst einmal besser

Deutsche und österreichische Forscher haben zuletzt Fortschritte bei der Entwicklung von Batterien erzielt, die aus möglichst unpro­ble­ma­ti­schen Rohstoffen gefertigt werden. Herkömmlicher Rost spielt dabei eine entscheidende Rolle.

Poröse Kohlenstoffkugeln

Ziel ist es, Alternativen zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus zu entwickeln, die häufig kritische Rohstoffe wie Nickel und teils auch Kobalt enthalten und bei deren Herstellung teilweise toxische Lösungsmittel eingesetzt werden. Die aktuellen Ergebnisse wurden im Fachjournal Chemistry of Materials veröffentlicht.

Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen hochporöse Kohlenstoffhohlkugeln, sogenannte Carbon Spherogels, die an der Universität Salzburg entwickelt wurden. Diese winzigen Strukturen im Nanometerbereich verfügen über große Oberflächen und bieten damit günstige Voraussetzungen für elektrochemische Prozesse. Forschende aus dem Saarland integrierten in die Hohlräume fein verteiltes Eisenoxid. Eisen ist weltweit gut verfügbar, vergleichsweise leicht recycelbar und potenziell leistungsfähig als Speichermaterial.


Nach Angaben des Forschungsteams konnten mithilfe eines skalierbaren Syntheseverfahrens robuste poröse Netzwerke mit gleichmäßig verteilten Eisen-Nanopartikeln erzeugt werden. In Laborversuchen zeigte sich ein ungewöhnlicher Effekt: Die Speicherkapazität der Elektroden stieg im Laufe der Nutzung an. Hintergrund ist ein Aktivierungsprozess, bei dem metallisches Eisen während der Zyklen mit Sauerstoff reagiert und sich zu Eisenoxid umwandelt. Erst nach mehreren hundert Lade- und Entladevorgängen wird demnach die maximale Kapazität erreicht, wenn die Hohlräume der Kohlenstoffstruktur vollständig gefüllt sind.

Recycling im Fokus

Trotz vielversprechender Ergebnisse steht die Forschung noch am Anfang. Der Aktivierungsprozess müsse beschleunigt werden, um die Technologie praxistauglicher zu machen, heißt es aus dem Team. Außerdem fehlt bislang eine passende Gegenelektrode, um komplette Batteriezellen zu realisieren. Neben Lithium-Systemen prüfen die Forschenden auch die Anwendung ihrer Technologie in Natrium-Ionen-Batterien, die bereits in einigen Bereichen der Elektromobilität getestet werden.

Parallel dazu beschäftigen sich die Beteiligten mit Fragen des Recyclings und der nachhaltigen Batterieproduktion. Im Rahmen des saarländischen Forschungsprojekts "EnFoSaar" untersuchen sie unter anderem, wie Lithium effizient zurückgewonnen und Batterien zukünftig leichter zerlegt werden können. Das mit Landesmitteln geförderte Programm verfolgt das Ziel, neue Ansätze für eine klimafreundliche Energieversorgung zu entwickeln und die Transformation der regionalen Energiewirtschaft wissenschaftlich zu begleiten.


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