Sauerstoff-Ionen-Batterie für Energiewende

Die Entwicklung einer Sauerstoff-Ionen-Batterie an der TU Wien könnte einen weiteren entscheidenden Schritt für die Energiewende darstellen. Sie kommt ohne seltene Elemente aus.

Extrem langlebig, bauartbedingt vor Brand und Explosion geschützt und ohne den Einsatz von seltenen und damit teuren Materialien herstellbar. Das ist eine neuartige Batterie von Forschern der TU Wien (https://www.tuwien.at).

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

Von Brennstoffzellen zur Batterie

„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“. So 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 zu gewinnen sind.

Auch Lanthan ersetzbar

„In diesem Punkt ist die Verwendung von keramischen Materialien ein großer Vorteil, weil man sie sehr gut anpassen kann. 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, in vielen Batterien verwendet, sind bei der Sauerstoff-Ionen-Batterie überflüssig.

Langlebigkeit

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 ist 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.

Energiewende

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 der Sauerstoff-Ionen-Batterie für die Energiewende. „Wenn man etwa einen großen Energiespeicher benötigt, um Solar- oder Windenergie zwischenzuspeichern, wäre die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine hervorragende Lösung“, meint Schmid.