Forscher verlängern Lebensdauer von Batterien
Durch die Reaktion von Metallen mit Sauerstoff setzen Sauerstoffbatterien elektrische Energie frei. Dabei könnten sie potenziell zehnmal mehr Energie als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien speichern, weshalb sie als aussichtsreiche Nachfolgegeneration gelten. Ihr großes Manko ist jedoch die rasche Alterung. Ein Thema, mit dem sich Stefan Freunberger am Institut für Chemische Technologie der TU Graz befasst - und zwar erfolgreich.
In der jüngsten Ausgabe von „Nature Energy“ hat der Grazer Forscher gemeinsam mit Kollegen der Universitäten Amiens, Montpellier und Southampton dargelegt, warum Lithium-Luft-Akkus nach kurzer Zeit einen erklecklichen Teil ihrer Leistung verlieren.
Singulett-Sauerstoff als Ursache
Dahinter soll der Singulett-Sauerstoff (Singlet Oxygen) stecken. Diese sehr energiereiche Form des Sauerstoffs, die beim Entladen der Akkus frei wird, greift die Kohlenstoffelektroden in Sauerstoff-Batteriesystemen an. Vor allem erzeuge Singulett-Sauerstoff Nebenprodukte, „die den weiteren Elektronen- und Ionenfluss erschweren“, wie der Grazer Forscher gegenüber der APA erklärte.
Lunghammer - TU Graz
Stefan Freunberger
Bisher wurde vor allem die Wirkung von Superoxid im Zuge der Entladung als Ursache für rasche Batteriealterung angenommen. „Mir war schon länger klar, dass Superoxid nicht der alleinige Grund sein kann“, schilderte Freunberger seinen Ausgangspunkt. Er verfolgte eine andere Überlegung: „Singulett-Sauerstoff ist nicht unbekannt, weil er sehr reaktiv ist.“
Allerdings sei bisher noch nicht überprüft worden, ob er auch in Batterien vorkommt. „Nicht zuletzt, weil es keine Methoden gab, um ihn dort zu detektieren“, wie der Grazer Forscher ausführte. Die hohe Reaktionsfreude mache es schwer, diese angeregte, sehr kurzlebige Form des Sauerstoffs nachzuweisen.
Ein erster Lösungsansatz - „und eine Menge Arbeit“
Weiters legte das Team einen ersten Ansatz dafür vor, wie sich der Singulett-Sauerstoff unschädlich machen lässt: In der Biologie sei schon lange bekannt, dass „Singlet Oxygen“ ein Hauptgrund für die Alterung von Zellen ist. In der Natur bewirke die Superoxid-Dismutase (SOD) eine entsprechende Neutralisierung. „Wir haben eine Molekülklasse identifiziert, die das erfüllen kann“, so Freunberger.
Nun mache man sich Gedanken, wie man diese - es handelt sich um zyklische Amine - in das Batteriesystem einschleusen kann. „Hinter der Tür, die wir aufgestoßen haben, wartet noch einen Menge Arbeit“, blickt Freunberger in die Zukunft.