Kalium-Luft-Akku: Die neue Superbatterie?

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Beim Wettlauf um die nächste Batteriegeneration sind Forscher an der Ohio State University einen großen Schritt weiter. Sie arbeiten am Kalium-Luft-Akku, der zehnmal so viel Strom speichern kann wie heutige Akkus auf Lithium-Ionen-Basis. Bisher hatten diese Batterien aber einen entscheidenden Nachteil, den die Forscher in Ohio nun behoben haben. Was zeichnet diese Superbatterie aus?

Wie Kalium-Luft-Batterien funktionieren

Kalium-Luft-Batterien haben eine spezielle Elektrode, die Sauerstoff aus der Umgebungsluft gewinnt. Dieser Sauerstoff reagiert dann mit dem Ladungsträger Kalium. Weil er selbst nicht in der Batterie vorgehalten werden muss, haben Kalium-Luft-Batterien eine höhere Energiedichte als herkömmliche Batterien. Hinzu kommt eine sehr günstige Herstellung. Denn auf Kathodenmaterialien wie Kobalt, der nicht nur teuer ist, sondern auch unter hoch umstrittenen Bedingungen im Kongo abgebaut wird, kann dabei verzichtet werden.

Bisher nur wenige Ladezyklen möglich

Bisher lassen sich Kalium-Luft-Akkus allerdings nicht oft genug aufladen und sind deshalb keine kostengünstige Alternative. Im Labor in Ohio hielten sie gerade einmal 5-10 Ladezyklen durch. Der Grund ist, dass der Sauerstoff auch mit dem Kohlenstoff in der Anode reagiert und damit die Batterie zerstört. Die Forscher müssen also einen Weg finden, das zu verhindern, um die Lebensdauer von Kalium-Luft-Batterien zu erhöhen.

Filter aus Polymeren könnten die Lösung sein

Batterieforscher setzen dabei schon länger auf Filter um die Elektrode herum. Diese sollen zwar das Kalium durchlassen, aber nicht die Sauerstoffmoleküle. Die Forscher in Ohio haben nun einen Filter aus aufquellenden Polymeren entwickelt, der genau diesen Zweck erfüllt. Mit ihm waren immerhin 125 Ladezyklen möglich, bevor die Batterie ihren Geist aufgab. Damit konnten die Forscher ihre Lebensdauer schon um das Zwölffache erhöhen.

Großes Potenzial für die Energiewende

Doch obwohl der Ansatz funktioniert, sind die Test-Batterien im Labor zu klein, um sinnvoll eingesetzt zu werden. Die Forscher müssen nun als nächstes größere Batterien bauen und testen, ob die Methode dann weiter so gut funktioniert. Wenn ja, wären Kalium-Luft-Batterien vor allem als stationäre Batteriespeicher für die Energiewende geeignet.

Darüber hinaus könnten sie wegen ihrer höheren Energiedichte auch die Reichweite von Elektroautos und die Betriebsdauer von Smartphones erhöhen, hoffen die Forscher. Genauso wichtig ist auch, dass sie ohne den Konfliktstoff Kobalt auskommen, den sämtliche Batteriehersteller am liebsten sofort verbannen würden. Entscheidend ist auch die günstige Herstellung der Kalium-Luft-Batterie: Während die Materialien für aktuelle Lithium-Ionen-Batterien etwa 100 US-Dollar pro Kilowattstunde kosten, lassen sich ihre Kalium-Luft-Akkus für etwa 44 Dollar pro Kilowattstunde herstellen, schätzen die Forscher.

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