Biologische Batterien auf Lithium-Sauerstoff-Basis

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Biologische BatterieDer technische Fortschritt vollzieht sich rasend schnell. Wer täglich mit dem Smartphone unterwegs ist, weiß aber, dass die Batterie in vielen Fällen eine Schwachstelle von modernen Geräten darstellt. Auch der Erfolg von Elektroautos hängt zu einem großen Teil von der Leistungsfähigkeit der Batterie ab. Daher wird auch der Erforschung von modernen, leichten und leistungsfähigen Speichern ein großer Stellenwert eingeräumt. Forscher des Massachusetts Institute of Technologie (MIT), Dahyun Oh, Jifa Qi, Yi-Chun Lu, Yong Zhang, Yang Shao-Horn und Professorin Angela M. Belcher, haben eine Methode zur Entwicklung von biologischen Batterien entwickelt, die dreimal leistungsfähiger sein soll, als bisherige Lithium Batterien.

Funktionsweise der Biologischen Batterie


Hierfür haben Sie eine Lithium-Sauerstoff Batterie mit einem genetisch veränderten Virus versetzt, das in der Lage ist, Nanodrähte aufzubauen. Dieses Virus hat den Namen M13. Seine Funktion ist die Bindung von Metallen aus einer Lösung. Im Versuch wurde das Virus benutzt, um Kathoden aus Manganoxid herzustellen. Die Leitfähigkeit der Drähte wurde durch Hinzugabe von kleinen Mengen Palladium erhöht.
Durch den geringen Umfang der Nanodrähte verfügen diese über eine verhältnismäßig große Oberfläche („Bei wachsendem Volumen nimmt das A/V-Verhältnis bei allen Körpern ab, da die Oberfläche quadratisch, das Volumen jedoch kubisch (in der dritten Potenz) wächst.“ – Quelle: Wikipedia A/V-Verhältnis). Der Elektronenfluss findet nur auf der Oberfläche von Leitern statt, durch die Nanodrähte wird also eine hohe Effizienz erreicht und Gewicht eingespart. Die Forscher schreiben in ihrer Studie in der Fachzeitschrift Nature Communications, dass durch dieses Verfahren die Leistungsfähigkeit von Batterien verdreifacht werden kann. Elektroautos, die heute mit Lithium-Ionen Akkus eine Reichweite von etwa 160 km haben, könnten durch den Einsatz dieser Technologie eine Reichweite von bis zu 550 km erreichen.

Funktionsweise einer Lithium-Sauerstoff Batterie

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Lithium-Sauerstoff bzw. Lithium-Luft Batterien funktionieren ähnlich wie Lithium-Ionen Batterien. Bei der Lithium-Ionen Batterie werden allerdings sowohl an Anode als auch an der Kathode Trägermaterialien benötigt, beispielsweise Metalle, amorphes Silizium oder Graphit, die allesamt sehr schwer sind. Der Großteil der Masse von Batterien wird durch diese Trägermaterialen verursacht. Bei Lithium-Sauerstoff Batterien wird als Trägermaterial Sauerstoff aus der Luft verwendet. Hierfür werden elektrolyte Flüssigkeiten eingesetzt, sowie eine Membran, damit die anderen Bestandteile der Luft keine unerwünschten Reaktionen mit dem Lithium verursachen. Durch dieses Verfahren wird die Batterie um ein vielfaches leichter bzw. leistungsfähiger bei gleichem Gewicht. Außerdem könnte es den Preis von Batterien erheblich senken, da weniger Ressourcen benötigt werden.
Die Forschung zur biologischen Batterie steckt aber noch in den Kinderschuhen und bis die Industriereife erreicht ist, werden noch einige Jahre vergehen. Im Versuch konnte die Batterie 50 mal be- und entladen werden. Es scheint sich hier um ein durchaus spannendes Verfahren zu handeln, das die Entwicklung von kostengünstigen, leichten und leistungsfähigen Speichertechnologien in der Zukunft ermöglichen kann.

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