Wissenschaft: Falscher Wunderakku schaffte es in Nature Energy

Der Zink-Luft-Akku hat nur einen Bruchteil der versprochenen Kapazität. Das dreiste Paper zeigt systematische Probleme der Wissenschaftsjournals.

Eine Analyse von veröffentlicht am
In Nature Energy wurde eine Forschungsarbeit über einen Zink-Luft-Akku veröffentlicht, deren Ergebnisse - im besten Fall - irreführend aufgeschrieben wurden.
In Nature Energy wurde eine Forschungsarbeit über einen Zink-Luft-Akku veröffentlicht, deren Ergebnisse - im besten Fall - irreführend aufgeschrieben wurden. (Bild: Martin Wolf / Golem.de)

Die Wissenschaft hat ein Problem mit der Zuverlässigkeit ihrer wichtigsten Instrumente: den Fachjournalen, in denen Forschungsergebnisse veröffentlicht werden. Schon lange ist bekannt, dass gerade in den einflussreichsten Journalen die Zuverlässigkeit der Ergebnisse im Vergleich zu anderen unterdurchschnittlich ist.

Inhalt:
  1. Wissenschaft: Falscher Wunderakku schaffte es in Nature Energy
  2. Sprachliche Tricks sollen von schlechten Zahlen ablenken
  3. Wenig Zeit, Personal und Fachkompetenz

Nature Energy, mit einem Impact Factor von 50 eine der einflussreichsten Zeitschriften überhaupt, hat dazu ein weiteres Beispiel geliefert - nämlich mit einem Paper zu einem Zink-Luft-Akku, von dem behauptet wird, er könne doppelt so viel Energie speichern wie aktuelle Lithium-Ionen-Akkus.

Er hat es damit in eine noch prominentere Publikation geschafft als seinerzeit der Ziegelstein-Akku in Nature Communications. Wie in diesem Fall sind aber auch beim Zink-Luft-Akku die wichtigsten Behauptungen im Paper falsch.

Als einfache Batterie für Hörgeräte werden Zink-Luft-Akkus schon lange benutzt. Ihre Funktionsweise: Aus chemischen Reaktionen von Zink und Sauerstoff aus der Luft lässt sich in alkalischer Umgebung Strom gewinnen. Die theoretische Energiedichte liegt bei einer Kilowattstunde pro entstandenem Kilogramm Zinkoxid. Die Batterien im Hörgerät bestehen aber nicht nur aus Zink und Sauerstoff und wiegen zusammen mit allen anderen Bauteilen in der Praxis mehr als doppelt so viel wie das Zink allein. Die einmalig gelieferte Energiedichte liegt bei 400 bis 500 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg).

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Das ist ein sehr guter Wert. Gebräuchliche Lithium-Ionen-Akkus kommen nur auf 270 bis 300 Wattstunden pro Kilogramm. Ein Akku mit so hoher Energiedichte wäre also rekordverdächtig. Wiederaufladbare Zink-Luft-Batterien gehören deshalb schon lange zu den möglichen Konzepten für Akkus mit hoher Energiedichte. Aber das vollständige Wiederaufladen ist auch heute noch ein ungelöstes Problem. Genau das soll der Akku in Nature Energy laut Abstract, also der Zusammenfassung des Papers, aber liefern: eine Energiedichte von 460 bis 530 Wh/kg Zellgewicht, als wiederaufladbare Batterie.

Das Wort Zellgewicht bezieht sich in dem Zusammenhang normalerweise auf das Gewicht einer ganzen Akkuzelle oder wenigstens auf das gesamte Material im Inneren der Zelle. Wäre das auch hier so, hätte der Akku die gleiche Energiedichte wie herkömmliche Zink-Luft-Batterien - und eine ähnlich hohe Energiedichte wie einige der theoretisch bestmöglichen Lithium-Ionen-Festkörperakkus. Er bestünde noch dazu aus vergleichsweise billigem Material, das in hohen Erzkonzentrationen gefördert werden kann.

Der Superakku ist schlechter als ein Bleiakku

Konkret heißt es schon im Abstract, dass eine Prototypenzelle mit über einer Amperestunde Ladungskapazität gebaut worden sei. Der Akku soll 1.100 Ladezyklen mit 70 Prozent Entladetiefe aushalten und 6.000 Ladezyklen mit 20 Prozent Entladetiefe.

Leider sind diese Angaben glatt gelogen - oder wenigstens mit Absicht so gewählt, dass ein falscher Eindruck entstehen muss.

Erneuerbare Energien und Klimaschutz: Hintergründe - Techniken und Planung - Ökonomie und Ökologie - Energiewende (Deutsch)

In dem 13-seitigen Paper und dessen ungewöhnlich langem 105-seitigen Anhang sind alle Angaben, die die realen Fähigkeiten des Akkus wiedergeben, zwischen den Zeilen versteckt - und müssen selbst ausgerechnet werden. Es heißt dort, der Akku sei 4,5 Quadratzentimeter groß und habe eine Kapazität von 1,1 Amperestunden (Ah). Doch die 6.000 Ladezyklen wurden mit der niedrigen Stromdichte von 0,025 Ampere pro Quadratzentimeter durchgeführt oder insgesamt 0,112 Ampere.

Es würde zwei Stunden dauern, um damit einen Akku mit 1,1 Amperestunden Kapazität zu 20 Prozent aufzuladen, wie es für die 6.000 Ladezyklen behauptet wurde. Die Ladezyklen dauerten aber jeweils nur 8 Minuten. Pro Ladezyklus wurden also von den 1,1 Ah der Kapazität nur 0,015 Ah wieder aufgeladen. Das ist kaum mehr als 1 Prozent der behaupteten vollen Kapazität, aber die Forscher sprechen von 20 Prozent Entladetiefe.

Wenn man diesen Werten aus den Experimenten folgt, hat der Akku gerade einmal eine maximale wiederaufladbare Energiedichte von 30 Wh/kg. Einfache Bleiakkus können bessere Werte erreichen. Wer 6.000 Ladezyklen durchführen möchte, kann aber nur noch mit 6 Wh/kg rechnen. Die Autoren behaupten, das seien "realistische Bedingungen" und sagen, die Konstruktion sei "kommerziell plausibel". Das ist sie nicht.

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Gunstick 14. Jun 2021 / Themenstart

Graphen Aluminium Ionen Akkus Also so richtig zum kaufen. Nicht irgendwelche Labor...

Mike4444 14. Jun 2021 / Themenstart

Ich sehe Predatory Journals nicht als ein großes Problem an. Lästig vielleicht durch den...

ultim 13. Jun 2021 / Themenstart

Ich kann über alles was du geschrieben hast 100% zustimmen, IMHO das Problem bei dem...

Eheran 12. Jun 2021 / Themenstart

Das sind 30 % der Nominalkapazität*. Von 100 auf 70 %. *Heißt das beschriebene wirklich...

korona 12. Jun 2021 / Themenstart

Zum Beispiel durch einen Reviewer Score

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