Kalium-Luft-Akku speichert zehnmal mehr Strom

Forscher der Ohio State University lassen bisherige Lithium-Ionen-Konstruktionen alt aussehen. [...]

Beim Wettlauf um die Realisierung einer Metall-Luft-Batterie sind Forscher der Ohio State University einen großen Schritt weiter. Bisherige Bemühungen scheiterten, weil der Stromspeicher nach wenigen Lade- und Entladezyklen den Geist aufgab. Die Ursache für das schnelle Aus waren Sauerstoffatome, die sich in der Anode festkrallten, die eine der beiden Elektroden ist.

Kunststoff bringt die Lösung

Paul Gilmor, Doktorand von Vishnu-Baba Sundaresan, Professor für Mechanik und Raumfahrt, hat an der Kathode experimentiert. Normalerweise besteht sie aus reinem Metall, in diesem Fall aus Kalium. Er fügte Kunststoffbarrieren hinzu, weil er glaubte, so die fatale Anlagerung von Sauerstoff in der Anode verhindern zu können. Es zeigte sich, dass dieser Kunststoff eine entscheidende Rolle bei der Verlängerung der Lebensdauer der Batterie spielt. Er verhindert, dass der für den Betrieb der Batterie nötige Sauerstoff die Anode erreicht.

Die Forscher vergleichen die Luftversorgung der Batterie mit der Lunge. Luft passiert zunächst ein faseriges Gewebe auf Kohlenstoff. Dann trifft sie auf eine zweite Schicht, die weniger porös ist, um schließlich die dritte Schicht zu erreichen. Diese besteht aus leitfähigem Kunststoff, der kaum Durchlässe für Sauerstoff aus der Luft hat. Kaliumionen können dagegen passieren. Mit diesem Design gelang es dem Team, den Zyklus auf 125 zu erhöhen. Das bedeutet eine zwölfmal längere Lebensdauer, verglichen mit den bisherigen Kalium-Luft-Batterien.

Kalium-Luft-Batterien noch zu klein

Weil dieser Batterietyp mindestens zehnmal mehr Strom speichern kann als Lithium-Ionen-Batterien, die heute in elektronischen Geräten, E-Autos und Pufferspeichern für Wind- und Solarstrom verwendet werden, bestehen gute Chancen für eine kommerzielle Nutzung. Sie ist zudem noch billiger als die Lithium-Ionen-Batterie. Die Forscher beziffern die Kosten mit 44 Dollar pro Kilowattstunde Speicherkapazität. Lithium-Ionen-Akkus kämen auf 100 Dollar.

Bisher sind die Kalium-Luft-Batterien aus dem Labor ziemlich klein, also ungeeignet, die großen Strommengen zu speichern, die zur Pufferung von Überschussstrom benötigt werden. Doch sie hätten das Potenzial, die Reichweite von E-Autos entscheidend zu vergrößern, meint Gilmor. Weiterer Vorteil: Dieser Akku braucht, anders als die Lithium-Ionen-Batterie, kein Kobalt, das auch als neuer Blutdiamant bezeichnet wird. Das seltene Element wird oft unter unmenschlichen Bedingungen bergmännisch gewonnen, auch von Kindern.