bedeckt München 24°

Lithium-Ionen-Akku:Spinnenblut und Bioabfälle könnten den Forschern helfen

Aber zurück zum Hauptkandidaten der Speicherzukunft: der Natrium-Ionen-Batterie (NIB). Um deren Leistung zu steigern, haben sich die Helmholtz-Forscher in Ulm eine Besonderheit ausgedacht, die man in einem Akku nicht unbedingt erwarten würde: Stoffe, die man in Spinnenblut findet - und Bioabfälle. Das ist kein Witz, sondern angewandte Elektrochemie. "Elektroden aus organischen Naturstoffen brächten viele Vorteile", sagt Maximilian Fichtner. "Flexibles Design, gute theoretische Speicherdichten, einfache Verarbeitung, Sicherheit, Nachhaltigkeit und geringe Kosten, eigentlich ein Wundermaterial."

Organische Elektroden könnten in Lithiumbatterien genutzt werden, um den Kobaltanteil zu senken, aber eben auch in kobaltfreien Natrium-Batterien. Sie könnten, so hoffen die Wissenschaftler, die Ladezeit in Batterien der Zukunft drastisch reduzieren, die Kapazität erhöhen und dennoch über Tausende von Ladezyklen stabil bleiben. Ein Kandidat für organische NIB-Elektroden ist ein ringartiges Molekül, das Porphyrin. In der Natur kommt es in Chlorophyll, Blut und Vitamin B12 vor. In der Variante als Kupfer-Porphyrin steckt es im blauen Blut von Krebsen und Spinnen.

"Wir haben biologisches Kupfer-Porphyrin chemisch modifiziert und mit einem Trick stabilisiert", berichtet Fichtner. Man erreiche damit ähnliche Speicherkapazitäten wie mit Lithium und Natrium, außerdem mehrere tausend Ladungszyklen. "Die Performance ist außergewöhnlich. Man kann die Zelle in einer Minute beladen." Das ermögliche die Anwendung als Schnell-Ladebatterie für die Stabilisierung des Stromnetzes. Einziger bisher sichtbarer Nachteil sei, dass die neuen Zellen größer ausfallen.

Stecken in der kommenden Batteriegeneration Erdnussschalen?

Bioabfälle sind die andere Batterie-Innovation der HIU-Forscher: Äpfel, Maiskolben und Erdnussschalen, die bei extremer Hitze zersetzt, getrocknet und zerkleinert werden. Das pulvrige Produkt enthält vorwiegend Kohlenstoff und lässt sich auf den Minuspol der Batterie streichen. "Die Erdnussschalen funktionieren bislang am besten", sagt Maximilian Fichtner. Aber wie genau? Ein Teil der biologischen Mikrostruktur mit Fremdatomen, speziellen Poren und winzigen Hohlräumen bleibe im Pulver erhalten, erklärt der Forscher. Hier können die Natrium-Ionen eindringen. Es könnte ein Stoff für die nächste oder übernächste Batterie-Generation sein.

An Ideen mangelt es den Forschern jedenfalls nicht. Doch Chemiker wie Adelhelm von der Universität in Jena warnen zugleich vor allzu großer Euphorie: Für neue Batterien gebe es zwar eine Fülle von Ideen, aber auch viel heiße Luft. "Allzu häufig werden unkritisch Weltrekorde aufgestellt und unmittelbare Anwendungen in Aussicht gestellt."

Wissenschaftler sollten jedoch, wie Adelhelm sagt, "mutig genug sein, Vor- und Nachteile neuer Materialien gleichermaßen zu beleuchten." Viele der publizierten Materialien "mit raffinierten Strukturen" würden die niedrigen Kosten ausgereifter Lithium-Ionen-Batterien noch lange nicht erreichen.

Ingenieurswissenschaften Wie die Batterie der Zukunft aussieht

Batterien

Wie die Batterie der Zukunft aussieht

Neue leistungsfähige Batterien würden Energiewende und E-Mobilität den nötigen Schub geben. Forscher und Firmen melden sensationelle Erfolge - doch was davon ist realistisch?   Analyse von Christopher Schrader