Batteriespeicher gelten als Schlüsseltechnologie der Energiewende. Dabei könnten auch Zink-Luft-Batterien zum Einsatz kommen. Australischen Forschern ist nun ein Durchbruch gelungen, um die Zink-Luft-Batterie der praktischen Anwendung näherzubringen.
Großspeicher können dafür genutzt werden, Schwankungen von Wind- und Solarstrom auszugleichen und somit das Stromnetz zu stabilisieren und die Versorgung in Zeiten von Flaute und Dunkelheit zu sichern. Gleichzeitig verhindern sie das Abregeln erneuerbarer Anlagen und ermöglichen so einen höheren Anteil erneuerbarer Energien am Energiemix.
Verschiedene Speicherarten übernehmen dabei bereits jetzt Aufgaben vom Sekunden- bis zum saisonalen Ausgleich. Doch soll die Energiewende gelingen, muss in den kommenden Jahren die Kapazität der Batteriespeicher enorm ausgebaut werden.
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Dafür könnten auch Zink-Luft-Batterien zum Einsatz kommen, die mehr Energie als die heutigen Lithium-Ionen-Batterien speichern und so E-Autos oder auch Luft- und Raumfahrtsystemen mit Strom versorgen könnten. Bisher scheiterte der Einsatz dieser Batterietechnologie allerdings an der eingeschränkten Effizienz sowie der verkürzten Lebensdauer.
Forschern der australischen Monash University ist hierfür allerdings nun ein Durchbruch gelungen. Denn durch die Entwicklung eines neuen Katalysators konnten die Wissenschaftler die Leistung wiederaufladbarer Zink-Luft-Batterien deutlich verbessern.
Zink-Luft-Batterie als Speicher für die Energiewende
Zink-Luft-Batterien sind in ihrer Effizienz und Lebensdauer aufgrund langsamer Sauerstoffreaktionen eingeschränkt. In ihrer im Chemical Engineering Journal veröffentlichten Arbeit haben die Wissenschaftler der Monash University aber nun einen neuen Katalysator aus Kobalt- und Eisenatomen vorgestellt, der dieses Problem lösen kann.
Die Kobalt- und Eisenatome sind dabei auf ultradünnen, porösen Kohlenstoffplatten verteilt. Diese können die Sauerstoffreaktionen beschleunigen und so Effizienz und Langlebigkeit der Batterien wesentlich steigern.
„Durch die Konstruktion von Kobalt und Eisen als einzelne Atome auf einem Kohlenstoffgerüst haben wir eine rekordverdächtige Leistung bei Zink-Luft-Batterien erzielt und gezeigt, was möglich ist, wenn Katalysatoren mit atomarer Präzision entwickelt werden“, erklärt Hauptautor Saeed Askari gegenüber dem Technikportal SMBtech. „Damit wird eines der größten Hindernisse für wiederaufladbare Zink-Luft-Batterien beseitigt.“
Größere Langlebigkeit bei weniger Abhängigkeit
„Diese Katalysatoren lösen nicht nur ein zentrales Problem von Zink-Luft-Batterien, sondern ihre Konstruktionsprinzipien lassen sich auch auf andere saubere Energietechnologien anwenden – von Brennstoffzellen bis zur Wasserspaltung – und haben somit weitreichende Auswirkungen auf die gesamte Energielandschaft“, erklärt Mitautorin Dr. Parama Chakraborty Banerjee.
Gleichzeitig werde durch den Einsatz von Zink-Luft-Batterien die Abhängigkeit von Edelmetallen wie Platin und Ruthenium verringert. Ruthenium, das wegen seiner Kosten und Seltenheit hauptsächlich in der Forschung und für Hochleistungsanwendungen zum Einsatz kommt, kann die Leistung und Stabilität von Batterien deutlich steigern.
Durch die Entwicklung des neuartigen Katalysators könnte jedoch auf den Einsatz verzichtet werden. Denn auch dieser ermöglicht laut den Forschenden eine höhere Energiespeicherung sowie Leistungsabgabe. Die Stabilität sei auch „über Tausende von Zyklenhöhere“ hinweg „bemerkenswert“.
„Der kontinuierliche Betrieb einer wiederaufladbaren Zink-Luft-Batterie über mehr als zwei Monate ist ein Meilenstein für diesen Bereich“, erklärt Dr. Banerjee gegenüber SMBtech. „Dies zeigt, dass diese Technologie bereit ist, den Sprung aus dem Labor in die praktische Anwendung zu schaffen.“
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