TU Wien entwickelt Sauerstoff-Ionen-Batterie

Ihre neueste Erfindung auf dem Weg zu Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien haben die Wissenschaftler der Technischen Universität (TU) Wien vorgestellt. Ihre Erfindung: eine Sauerstoff-Ionen-Batterie, die sie gemeinsam mit einem spanischen Komponentenhersteller konzipiert und zum Patent angemeldet haben.

Die Sauerstoff-Ionen-Batterie weise einige wichtige Vorteile gegenüber den dominierenden Lithiium-Ionen-Batterien auf, so die Forscher. Sie verfüge zwar über eine nicht ganz so hohe Energiedichte, aber dafür nehme die Speicherkapazität im Laufe der Zeit nicht unwiderruflich ab: Sie lässt sich nach Angaben der TU Wien regenerieren und ermöglicht damit eine extrem lange Lebensdauer. Zudem würden für die Herstellung keine seltenen Elemente benötigt und sie bestehe aus unbrennbaren Materialien. Sauerstoff-Ionen-Batterien eigneten sich zudem für großskalige Speicherlösungen.

„Wir haben schon seit längerer Zeit viel Erfahrung mit keramischen Materialien gesammelt, die man für Brennstoffzellen verwenden kann“, erklärte 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.“ Diese keramischen Materialien könnten doppelt negativ geladene Sauerstoff-Ionen aufnehmen und abgeben. Beim Anlegen von elektrischer Spannung wanderten die Sauerstoff-Ionen von einem keramischen Material zum anderen und zurück. So lasse sich elektrischer Strom erzeugen.

„Das Grundprinzip ist eigentlich sehr ähnlich wie bei der Lithium-Ionen-Batterie“, ergänzt Jürgen Fleig. Der Vorteil sei jedoch, dass Keramik nicht brennbar ist.  „Brandunfälle, wie sie bei Lithium-Ionen-Batterien immer wieder vorkommen, sind damit also praktisch ausgeschlossen“, so der Professor der TU Wien weiter. Darüber hinaus ließen sich die verwendeten keramischen Materialien auch problemlos durch andere Materialien ersetzen, da sie gut anpassbar sein. Der Prototyp der Batterie verwendet noch Lanthan – ein zwar nicht seltenes, aber doch nicht völlig alltägliches Element, wie die Forscher der TU Wien erklären. Lanthan lasse sich auch durch günstigere Materialien ersetzen. Die Forschungen dazu liefen bereits. Auf Kobalt und Nickel könne bei der Sauerstoff-Ionen-Batterie komplett verzichtet werden.

Besonders heben die Forscher jedoch die Langlebigkeit ihrer entwickelten Batterie hervor. „In vielen Batterien hat man das Problem, dass sich die Ladungsträger irgendwann nicht mehr bewegen können“, so Forscher 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 ließe sich dagegen regnieren, denn sofern Sauerstoff durch Nebenreaktionen verloren gehe, könne er durch Zuführung von Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausgeglichen werden.

Die Forscher räumen ein, dass ihr Batteriekonzept für Smartphones oder Elektroautos nicht geeignet sei. Die Sauerstoff-Ionen-Batterien kämen nur auf rund ein Drittel der Energiedicht, die Lithium-Ionen-Batterien erreichten und liefen bei Temperaturen zwischen 200 und 400 Grad Celsius. Dagegen gut geeignet sind sie den Forschern zufolge für das Speichern von großen Energiemengen. „Wenn man etwa einen großen Energiespeicher benötigt, um Solar- oder Windenergie zwischenzuspeichern, wäre die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine hervorragende Lösung“, sagte Alexander Schmid. „Wenn man ohnehin ein ganzes Gebäude mit Energiespeicher-Modulen errichtet, spielt die geringere Energiedichte und erhöhte Betriebstemperatur keine entscheidende Rolle.“