Neue Zink-Luft-Batterie erzielt Rekordwerte

Australische Forscher haben einen neuen Katalysator entwickelt, der Zink-Luft-Batterien "näher an reale Anwendungen im Transport- und Netzbereich" bringen könnte. In Zukunft könnten sie zu wiederaufladbaren Hochleistungsakkus werden.

Zink-Luft-Batterien findet man heutzutage als kleine Knopfzellen in Hörgeräten. Sie wurden aufgrund von Rohstoffmangel nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelt und zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte aus. Das Problem dieser Batterieart ist aber, dass sie eigentlich nur als Einwegzelle gedacht ist. Bei der Entladung reagiert nämlich das Zink mit dem Sauerstoff in der Umgebungsluft, wodurch Energie freigesetzt wird. Als Reaktionsprodukt entsteht Zinkoxid.

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Aufladen ist sehr ineffizient

Das Aufladen einer solchen Batterie ist aber sehr schwierig, da sich im Elektrolyt Dendriten bilden. Dabei handelt es sich um Ablagerungen auf der Elektrode, die zu verzweigten Fortsätzen anwachsen und Kurzschlüsse auslösen können. Die Spannung, die es bräuchte, um das Zinkoxid wieder in seine Ausgangsstoffe umzuwandeln, ist zudem höher als die Entladespannung. Daher ist ein Aufladen sehr ineffizient.

Katalysatoren können diese Reaktionen einfacher ablaufen lassen, wodurch die Effizienz deutlich gesteigert werden kann. Bislang wurden dafür aber teure Metalle wie Platin und Ruthenium verwendet. Forscher der Monash University in Melbourne stießen auf eine günstige Alternative aus Kobalt und Eisen namens CoFe-2DSA.  

Rekordverdächtige Leistung

Auf ultradünne Kohlenstoffplatten wurden dabei einzelne Kobalt- und Eisenatome aufgetragen. "Durch die Konstruktion von Kobalt und Eisen als einzelne Atome auf einem Kohlenstoffgerüst haben wir eine rekordverdächtige Leistung bei Zink-Luft-Batterien erzielt und damit gezeigt, was möglich ist, wenn Katalysatoren mit atomarer Präzision entwickelt werden", sagt der Forscher Saeed Askari in einer Aussendung.

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Durch den Katalysator konnte auch die Energiedichte auf 997 Wh pro Kilogramm erhöht werden. Normalerweise liegt die Energiedichte von Zink-Luft-Batterien bei rund 400 Wh pro Kilogramm und damit immer noch deutlich über jener von Lithium-Ionen-Batterien.

74 Tage durchgehender Betrieb

Überrascht waren die Forscher auch von der Lebensdauer der Zink-Luft-Batterie. Sie lieferte über 74 Tage und 3.552 Zyklen hinweg eine konstante Leistung. "Der kontinuierliche Betrieb einer wiederaufladbaren Zink-Luft-Batterie über mehr als 2 Monate hinweg ist ein Meilenstein für diesen Bereich",  sagt die beteiligte Forscherin Paramana Banerjee. Es würde zeigen, dass die Technologie bereit ist, praktische Anwendungen zu schaffen. Neben Zink-Batterien könnte die Technologie hinter dem Katalysator auch für Brennstoffzellen und zur Wasserstofferzeugung verwendet werden.