Team der TU Wien erfindet extrem langlebige Sauerstoff-Ionen-Batterie

Erfolgsmeldung von der TU Wien: Eine neuartige Batterie soll länger leben, ohne seltene Elemente auskommen und das Problem der Brandgefahr lösen. Die sogenannte „Sauerstoff-Ionen-Batterie“ lasse sich regenerieren und soll damit „eine extrem lange Lebensdauer“ ermöglichen.

Im Gegenzug ermögliche sie allerdings „nicht ganz so hohe Energiedichten“ wie herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien, dafür nehme die Speicherkapazität nicht ab. Und: Man könne Sauerstoff-Ionen-Batterien ohne seltene Elemente herstellen, und sie bestehe aus unbrennbaren Materialien. Die neue Batterie-Idee wurde laut der TU zusammen mit Kooperationspartnern aus Spanien bereits zum Patent angemeldet. „Für große Energiespeicher, etwa zum Aufbewahren elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen, könnte die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine ausgezeichnete Lösung sein“, heißt es in der Aussendung.

Keramische Materialien

„Wir haben schon seit längerer Zeit viel Erfahrung mit keramischen Materialien gesammelt, die man für Brennstoffzellen verwenden kann“, sagt Alexander Schmid vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien. „Das brachte uns auf die Idee, zu untersuchen, ob solche Materialien vielleicht auch dafür geeignet wären, eine Batterie herzustellen.“ Das dürfte funktioniert haben: Die keramischen Materialien, die das Team der TU Wien untersuchte, können „doppelt negativ geladene Sauerstoff-Ionen“ aufnehmen und abgeben. Wenn man eine elektrische Spannung anlegt, wandern die Sauerstoff-Ionen von einem keramischen Material zum anderen, danach kann man sie wieder zurückwandern lassen und so elektrischen Strom erzeugen. „Das Grundprinzip ist eigentlich sehr ähnlich wie bei der Lithium-Ionen-Batterie“, sagt Prof. Jürgen Fleig. „Aber unsere Materialien haben einige wichtige Vorteile“ – die eingangs erwähnte lange Lebensdauer, der Umstand, dass die Batterie nicht brennbar ist und ohne seltene Elemente auskommt.

Extreme Langlebigkeit

„In diesem Punkt ist die Verwendung von keramischen Materialien ein großer Vorteil, weil sie sehr gut angepasst werden können“, sagt Tobias Huber. Man könne relativ problemlos bestimmte Elemente, die nur schwer zu bekommen sind, durch andere ersetzen. Der Prototyp der Batterie verwende noch Lanthan, das allerdings noch durch eine günstigere Alternative ersetzt werden soll, Forschungen daran würden bereits laufen. Auf Kobalt oder Nickel, die in vielen Batterien verwendet werden, könne man völlig verzichten. Der größte Vorteil liege aber in der Langlebigkeit: „„In vielen Batterien hat man das Problem, dass sich die Ladungsträger irgendwann nicht mehr bewegen können“, sagt Alexander Schmid. „Dann können sie nicht mehr zur Stromerzeugung genutzt werden, die Kapazität der Batterie sinkt. Nach vielen Ladungszyklen kann das zum ernsten Problem werden.“ Die Sauerstoff-Ionen-Batterie hingegen lasse sich problemlos regenerieren: Wenn Sauerstoff durch Nebenreaktionen verloren geht, könne der Schwund einfach durch Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausgeglichen werden.

Gedacht ist die Batterie übrigens weniger für Smartphones (aufgrund der geringen Energiedichte), sondern zum Speichern großer Energiemengen. „Wenn man etwa einen großen Energiespeicher benötigt, um Solar- oder Windenergie zwischenzuspeichern, wäre die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine hervorragende Lösung“, glaubt Alexander Schmid. „Wenn man ohnehin ein ganzes Gebäude mit Energiespeicher-Modulen errichtet, spielt die geringere Energiedichte und erhöhte Betriebstemperatur keine entscheidende Rolle. Die Stärken unserer Batterie wären gerade dort aber besonders wichtig: Die lange Lebensdauer, die Möglichkeit, große Mengen dieser Materialien ohne seltene Elemente herzustellen, und die Tatsache, dass es bei diesen Batterien keine Brandgefahr gibt.“

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