Sauerstoff-Ionen-Batterie

Die Sauerstoff-Ionen-Batterie basiert auf Keramiken, die doppelt negativ geladene Sauerstoff-Ionen aufnehmen und abgeben können. Wird eine elektrische Spannung angelegt, wandern die Sauerstoff-Ionen von einem keramischen Material zum anderen, danach kann man sie wieder zurückwandern lassen und so elektrischen Strom abzapfen.

'Wir haben schon seit längerer Zeit viel Erfahrung mit keramischen Materialien gesammelt, die man für Brennstoffzellen verwenden kann. Das brachte uns auf die Idee, zu untersuchen, ob solche Materialien vielleicht auch dafür geeignet sind, eine Batterie herzustellen', sagt Alexander Schmid vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien.

'Das Grundprinzip ähnelt stark dem der Lithium-Ionen-Batterie', ergänzt Jürgen Fleig, Professor für Technische Elektrochemie. 'Aber unsere Materialien haben einige wichtige Vorteile.' Brandunfälle, wie sie bei Lithium-Ionen-Batterien immer wieder vorkämen, seien ausgeschlossen, weil Keramik nicht brennt. Zudem komme man ohne seltene Elemente aus, die teuer sind oder nur auf umweltschädliche Weise gewonnen werden können.

'In diesem Punkt ist die Verwendung von keramischen Materialien ein großer Vorteil, weil sie sehr gut angepasst werden können. Man kann relativ problemlos Elemente, die nur schwer zu bekommen sind, durch andere ersetzen', so Tobias Huber, der zum Team gehört. Der Prototyp der Batterie verwendet noch Lanthan - ein zwar nicht seltenes, aber auch nicht alltägliches Element. Deshalb will das Team es ersetzen. Kobalt oder Nickel, die in vielen Batterien verwendet werden, sind bei der Sauerstoff-Ionen-Batterie überflüssig.

Der vielleicht wichtigste Vorteil der neuen Batterie ist ihre Langlebigkeit: 'In vielen Batterien hat man das Problem, dass sich die Ladungsträger irgendwann nicht mehr bewegen können. Dann sinkt die Kapazität und letztlich wird der Stromspeicher unbrauchbar', meint Schmid. Die Sauerstoff-Ionen-Batterie lässt sich hingegen problemlos regenerieren: Wenn Sauerstoff durch Nebenreaktionen verloren geht, lässt sich der Schwund durch Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausgleichen.

Für Smartphones und E-Autos ist das neue Batterie-Konzept nicht gedacht, denn die Sauerstoff-Ionen-Batterie erreicht gegenüber Lithium-Ionen-Batterien nur rund ein Drittel der Energiedichte. Außerdem liegt die Betriebstemperatur bei 200 bis 400 Grad Celsius. Höchst interessant aber ist die Technologie für die Energiewende. 'Wenn man etwa einen großen Energiespeicher benötigt, um Solar- oder Windenergie zwischenzuspeichern, wäre die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine hervorragende Lösung', glaubt Schmid.

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