Neuartige Zink-Jod-Batterie hält über 60.000 Ladezyklen durch

60.000 Ladezyklen, drei Minuten Ladezeit und ein Käfig aus Stärke: Australische Forscher wollen der Zink-Jod-Batterie ihre größte Schwäche ausgetrieben haben. Doch wie immer beim Thema "revolutionären" Akkus gilt: Der Weg zum Produkt ist noch lang.

Die nächste Batterie-"Revolution"

Lithium-Ionen-Zellen altern schnell - wer schon einmal ein vier Jahre altes Notebook aufgeschraubt hat, kennt das gelegentlich aufgeblähte Ergebnis. Ein Team der Flinders University im australischen Adelaide hat nun eine Batteriechemie vorgestellt, die dieses Problem zumindest im Labor deutlich entschärft.

Es geht um wässrige Zink-Ionen-Batterien, in der Fachliteratur als AZIB abgekürzt (Aqueous Zinc-Ion Battery). Der Aufbau: Zinkmetall als Anode, Jod als aktives Material auf der Gegenseite, dazwischen ein wasserbasierter Elektrolyt. Kein organisches Lösungsmittel, das bei einem Kurzschluss zur Brandlast wird - interessant für stationäre Großspeicher.

Stärke gegen Shuttle-Effekt

Die sprichwörtliche Achillesferse dieser Zellen war bislang der sogenannte Shuttle-Effekt. Jod bildet im Betrieb Poljodid-Verbindungen, die durch den Separator wandern, also durch die Trennschicht zwischen Anode und Kathode. Was einmal durchgewandert ist, steht der Reaktion nicht mehr zur Verfügung, die Kapazität sinkt Zyklus für Zyklus.

Die Gruppe um Zhongfan Jia, Associate Professor für Chemie, setzt ein Wirtsmaterial aus Cyclodextrin dagegen. Das sind ringförmige Zuckermoleküle, enzymatisch aus Stärke gewonnen und sonst eher aus Lebensmitteln und Kosmetik bekannt. Ihre Außenseite ist hydrophil, das Innere hydrophob.


Das Molekül wirkt dadurch wie ein winziger Käfig, der PolyJodide festhält und bei Bedarf freigibt. Laut den Forschern lasse sich der Shuttle-Effekt so wirksam unterbinden. Erschienen sind die Ergebnisse im Fachjournal Angewandte Chemie (via Tech Xplore).

Was das Labor gemessen hat

Die Zelle arbeitet mit 1,3 bis 1,4 Volt, deutlich unter den rund 3,6 Volt einer Lithium-Ionen-Zelle. In der einen Variante liefert sie 200 mAh/g über 8000 Zyklen bei sieben Minuten Ladezeit, in der anderen 150 mAh/g über mehr als 60.000 Zyklen bei drei Minuten. Die Einheit mAh/g steht für Milliamperestunden pro Gramm Aktivmaterial. Zum Vergleich: Jod erreicht theoretisch 211 mAh/g. Die Degradation liegt bei 0,0001 bis 0,0003 Prozent pro Zyklus.

Lithium-Eisenphosphat-Speicher werden je nach Hersteller mit einigen tausend bis rund 10.000 Zyklen angegeben. Der Abstand wäre also erheblich - vorausgesetzt, die Werte halten außerhalb des Labors. Aussagen, zinkbasierte Systeme würden Lithium-Ionen bei Energiedichte erreichen oder übertreffen, decken sich mit dieser Zelle allerdings nicht. Für ortsfeste Speicher ist das verschmerzbar, für ein Elektroauto nicht.

Australiens Zink-Rechnung

Dass ausgerechnet eine australische Universität daran forscht, ist kein Zufall: Das Land verfügt über die größten bekannten Zinkvorkommen weltweit, konkret sind es 20 bis 28 Prozent der globalen Reserven - die Lithium-Weiterverarbeitung ist stark auf China konzentriert. Dazu kommt die Abfallseite: Rund 3300 Tonnen Lithium-Batterieabfall pro Jahr sollen bis 2036 auf über 136.000 Tonnen steigen.

Die offenen Punkte sind vielfältig. Die Technik steckt im Prototypenstadium, das Labor arbeite mit Industriepartnern an einer Prototyping-Plattform. Veröffentlicht sind Messwerte einzelner Zellen, keine kompletten Module mit Kühlung und Batteriemanagement. Zu Selbstentladung, Temperaturverhalten und Kalenderlebensdauer fehlen hingegen Angaben.

Wie schätzt ihr das ein - ernsthafte Option für stationäre Speicher oder wieder eine Meldung, von der man in fünf Jahren nichts mehr hört? Schreibt es in die Kommentare.


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