Natur kopiert: Nickel-Eisen-Akku schafft 12.000 Ladezyklen
Ein internationales Forschungsteam(öffnet im neuen Fenster) aus den USA, Iran, Ägypten, Belgien und China hat eine mehr als 100 Jahre alte Idee(öffnet im neuen Fenster) für einen leistungsstarken Akkumulator realisiert, indem es Nanotechnologie und Biologie kombinierte.
Der Aufbau sei durch die natürliche Entstehung von Knochen inspiriert, sagte Ric Kaner von der University of California in Los Angeles (UCLA). Er ist einer der Autoren der Studie, die in Small(öffnet im neuen Fenster) veröffentlicht wurde.
Die Knochenstruktur entstehlt durch ein Gerüst aus Proteinen, die Kalzium an die richtige Stelle führen. Das Proteingerüst der Forschungsgruppe ordnete stattdessen Nickel für die Kathode und Eisen für die Anode in winzigen Gruppierungen an.
Ein einzelner Cluster misst weniger als 5 Nanometer. Das entspricht gerade einmal dem 30-Fachen des Atomradius von Eisen. Entsprechend soll sich in einigen der Gebilde nur ein Metallatom befinden.
Maximale Oberflächenvergrößerung
Dank dieser Nanostrukturen wurde ein möglichst hoher Anteil an aktiv am Lade- und Entladeprozess beteiligten Atomen erreicht. Verbunden sind die unzähligen Elektroden mit Graphenoxid, einem zweidimensionalen Material, das eigentlich isolierende Eigenschaften besitzt.
Durch anschließendes Erhitzen, erst in Wasser, dann ohne Wasser bei noch höheren Temperaturen, werden die Proteine und das Graphenoxid gebacken. Der Sauerstoff entweicht und übrig bleibt Kohlenstoff, der nanometergroße Metallteilchen aufweist.
Superkondensator-Batterie-Hybride
Dank der maximierten Oberfläche der Nanostruktur lassen sich extrem schnelle Lade- und Entladevorgänge erreichen, vergleichbar mit einem Kondensator. Gleichzeitig soll die Energiedichte in den Experimenten bei 47 Wattstunden je kg liegen. Das wäre zumindest nicht ganz weit entfernt von modernen Akkus.
Hinzu kommt die im Labor gezeigte Stabilität der Struktur, die über 12.000 Ladezyklen überstand. Für welche Dauer die Energie gespeichert werden kann, wurde allerdings nicht erwähnt.
Wegen des Verzichts auf seltene Elemente könnte die Technik für stationäre Speicher durchaus interessant werden, die zum Beispiel in Kombination mit Solarzellen nur eine Speicherdauer von wenigen Stunden erreichen müssen. Bis es so weit ist, muss das Prinzip aber erst den Weg aus dem Labor in eine real funktionierende Batteriezelle schaffen und sich zudem auf einen industriellen Prozess übertragen lassen.
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