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Auf der Suche nach dem besten Elektrodenmaterial für künftige Batterien experimentieren Forscher auch mit sehr ausgefallenen Materialien. Am Helmholtz-Institut Ulm (HIU) kommen zum Beispiel Bioabfälle und Spinnenblut zum Einsatz. Diese Stoffe sollen Batterien leistungsfähiger machen, aber auch den Bedarf an Kobalt verringern.

Organische Elektroden verbessern Natrium-Ionen-Batterien

Am HIU forscht man unter anderem an Natrium-Ionen-Batterien. Sie sind eine gute Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus, zumindest im Bereich der stationären Stromspeicher für erneuerbare Energien. Natrium-Ionen-Batterien haben den Vorteil, dass sie auf gut verfügbaren, nachhaltigen und günstigen Materialien basieren statt auf kritischen Rohstoffen wie Lithium und Kobalt. Um ihre Leistung zu steigern, setzen die Forscher am HIU auf organische Stoffe: Bioabfälle und Stoffe, die in Spinnenblut vorkommen.

Aus zerkleinerten Bioabfällen – etwa Apfelresten oder Erdnussschalen – stellen die Forscher unter großer Hitze eine Art Pulver her, das vor allem Kohlenstoff enthält. Dieses wird auf den Minuspol der Batterie gestrichen. Ein Teil der biologischen Mikrostruktur bleibt erhalten, in die dann die Natrium-Ionen eindringen. Solche organischen Elektroden könnten künftig die Leistung von Batterien stark steigern und trotzdem Tausende von Ladezyklen überstehen.

Kurze Ladezeiten dank Spinnenblut

Ein weiterer Kandidat für organische Elektroden in Natrium-Ionen-Batterien ist Porphyrin, ein ringartiges Molekül. Es steckt in Chlorophyll, Vitamin B12 und Blut, als Kupfer-Porphyrin im Blut von Krebsen und Spinnen. Die Forscher in Ulm haben das biologische Kupfer-Porphyrin chemisch modifiziert und stabilisiert. Mit diesem Stoff in der Elektrode lassen sich Batterien in unter einer Minute laden – so schnell wie ein Superkondensator.

Die Vorteile von organischen Elektroden liegen auf der Hand: Sie lassen sich einfach verarbeiten, sind sicher, nachhaltig und günstig, und erreichen dabei gute theoretische Speicherdichten. Sie können nicht nur in Natrium-Ionen-Batterien eingesetzt werden, sondern können auch den Kobaltanteil in Lithium-Ionen-Batterien senken.

Der Durchbruch in der Batterieforschung?

Nicht nur am Helmholtz-Institut Ulm spielen Bioabfälle eine Rolle in der Batterieforschung. Auch an der Uni Hohenheim arbeiten Wissenschaftlerinnen an einem Superkondensator aus Gülleresten, die aus Biogasanlagen stammen. Daraus stellen sie Aktivkohlen her und nutzen diese als Elektrodenmaterial. Auch hier ist die Hoffnung, dass die biobasierten Elektroden irgendwann fossile Ressourcen ersetzen können.

Noch stecken diese Ansätze zwar in der Erprobung. Doch vielleicht stecken solche Materialien, die heute noch kurios scheinen, schon in den Batterien der nächsten oder übernächsten Generation.

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Quellen / Weiterlesen

Mit biologischen Abfällen zu nachhaltigen Batterien | Helmholtz-Institut Ulm
Wie Wissenschaftler die Batterien der Zukunft entwickeln | Süddeutsche Zeitung
Batterien mit Porphyrin: Ladezeit von einer Minute | Ingenieur-Nachrichten
Bildquelle: © Helmholtz-Institut Ulm
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