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Verbesserte Nickel-Zink-Batterie: Eine neue Alternative zu Lithiumionenakkus

Lithiumionenbatterien sind leistungsfähig - aber mitunter auch explosionsgefährlich. Eine verbesserte, wiederaufladbare Zinkbatterie könnte vielleicht bald Abhilfe schaffen.
Batterien und Akkus nebeneinander aufgereiht Laden...

Lithiumionenbatterien sind heute der Energiespeicher der Wahl in vielen technischen Geräten. Sie punkten vor allem durch ihre hohe Leistungsfähigkeit und die Tatsache, dass man sie unzählige Male wieder aufladen kann, bevor sich ein merklicher Kapazitätsverlust einstellt. Da sie gleichzeitig jedoch auch entzündliche Bestandteile enthalten, kann es durchaus passieren, dass je nach Verarbeitung plötzlich die ganze Batterie explodiert, was Hersteller von elektrischen Geräten bereits zu diversen Rückrufaktionen gezwungen hat.

Wissenschaftler um Debra Rolison vom U.S. Naval Research Laboratory in Washington haben im Fachmagazin »Science« eine verbesserte Nickel-Zink-Batterie vorgestellt, die eines Tages vielleicht eine sicherere Alternative zum Lithiumionenakku darstellen könnte. Solche Zinkbatterien enthalten statt entflammbaren in aller Regel wasserbasierte Elektrolyte, hatten bislang allerdings den Nachteil, dass sie sich nicht sonderlich oft wiederaufladen ließen. Ihre Anoden aus Zinkpulver bilden beim Ladevorgang längliche Kristallstrukturen aus, die immer weiter wachsen und schließlich zu Kurzschlüssen führen.

Um dieses Problem zu umgehen, vermischten Rolison und ihre Kollegen das Zinkpulver bei ihrer neuartigen Batterie zunächst mit Wasser und ölähnlichen organischen Verbindungen zu einem grauen Schlamm, den sie anschließend in eine Gussform füllten, trockneten und dann erhitzten. So erhielten sie schließlich eine Art dreidimensionalen Zinkschwamm, der eingesetzt als Anode keine solchen Kristallstrukturen ausbildete.

Ausführliche Tests offenbarten, dass die Batterie mit Zinkschwamm ungefähr 100 Ladezyklen überstand, wenn man sie tief entlud. Dabei erreichte sie eine vergleichbare Leistung wie kommerzielle Lithiumionenakkus. Entluden die Forscher die Batterie nur teilweise, wie es etwa bei Bleisäurebatterien der Fall ist, die in Autos zum Einsatz kommen, schafften die Nickel-Zink-Akkus sogar 50 000 Ladezyklen.

Künftig werden Wissenschaftler der Frage nachgehen müssen, wie sich die Stabilität der Zinkbatterien noch weiter verbessern lässt. Um für die Anwendung in Geräten wie Smartphones oder Notebooks ernsthaft mit Lithiumionenakkus konkurrieren zu können, müssten sie bei gleicher Leistung nämlich mehrere tausend Ladezyklen überstehen.

18/2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 18/2017

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