Lithium-Ionen-Akkus sind in fast allen elektrischen Geräten verbaut – vom Smartphone bis zur Autobatterie. Allerdings ist ihre Lebensspanne sehr begrenzt und sie sind schlecht zu recyceln. Forscher der Harvard University haben nun eine Lösung gefunden – wortwörtlich.
Das Team hat eine sogenannte Redox-Fluss-Batterie entwickelt, die Energie in einer flüssigen Lösung speichert. Sie modifiziert die Moleküle der Elektrolyte, Ferrocen und Viologene, um sie stabil und wasserlöslich zu machen und dafür zu sorgen, dass sie mit der Zeit nicht mehr zerfallen. In Wasser gelöst, verlieren die Moleküle nach 1000 Ladezyklen nur ein Prozent ihrer Kapazität. Die Batterie ist ungiftig, nicht ätzend und hält Schätzungen zufolge viel länger als aktuelle Lithium-Ionen-Akkus: ein Jahrzehnt statt nur Monate.
Diese Batterie ist so langlebig, dass man sie in den Kellern von Wohnhäusern verbauen könnte
„Weil wir es geschafft haben, Elektrolyte in Wasser zu lösen, ist diese Batterie so langlebig, dass man sie in den Kellern von Wohnhäusern verbauen könnte“, sagt Roy Gordon, einer der Forschungsleiter und Professor für Chemie und Materialforschung an der Harvard University. „Wenn die Flüssigkeit auslaufen würde, würde es den Beton nicht angreifen. Und weil sie nicht ätzend ist, kann man die Bestandteile der Batterie, etwa Tank und Pumpen, auch aus billigeren Materialien bauen.“
Die Wissenschaftler hoffen, dass sie ein Ziel des US-Ernergieministeriums erreichen können: eine Batterie bauen, die eine Kilowattstunde für weniger als 100 Dollar (94 Euro) speichern kann. Wenn das gelingt, wäre erneuerbare Energie genau so billig wie die aus konventionellen Kraftwerken. „Wenn wir auch nur einigermaßen an das Kostenziel herankommen, können wir die Welt verändern“, sagt Michael Aziz, Professor für Materialforschung und Energietechniken an der Harvard University.
Entscheidend für die Entwicklung der neuen Batterie war die Erforschung der Gründe, warum aktuelle Akkus so schnell an Kapazität verlieren, und das sogar in pH-neutralen Flüssigkeiten. Nachdem sie das schnell zerfallende Molekül Viologen im negativen Elektrolyt identifizieren konnten, waren die Forscher auch fähig, die Struktur so zu verändern, dass es stabiler wurde. Danach begann sie damit, Ferrocen als Molekül für die positiv geladenen Elektrolyte ebenfalls wasserlöslich zu machen.
„In Wasser lösliche Ferrocene repräsentieren eine ganz neue Klasse von Molekülen für Flüssigbatterien“, sagt Aziz. Die neutralen Eigenschaften der Lösung sollten auch die Kosten für die Membran verringern, die dafür gebraucht wird, die unterschiedlich geladenen Elektrolyte voneinander zu trennen. Harvard hat inzwischen auch ein Patent für die Technologie angemeldet. Die Ergebnisse der Forschung wurden im Journal ACS Energy Letters veröffentlicht.
