Forscher haben eine wasserbasierte Batterie mit einem pH-neutralen Elektrolyten entwickelt, die nicht brennbar und extrem langlebig ist. In Labortests überstand der Energiespeicher Hunderttausende Ladezyklen, was rechnerisch einer Lebensdauer von mehreren Jahrhunderten entspricht. Könnte die „Tofu-Batterie“ ein Schritt in Richtung sichere und nachhaltige Großspeicher sein?
Ohne Batteriespeicher kann die Energiewende nicht gelingen. Denn ohne sie lässt sich Strom aus Wind- und Solaranlagen nicht zuverlässig speichern oder bedarfsgerecht abrufen.
Da erneuerbare Energien abhängig von Wetterlage und Tageszeiten sind, braucht es leistungsfähige, sichere und langlebige Speicher. Denn nur so können Versorgungssicherheit und Netzstabilität sichergestellt und Klimaziele erreicht werden.
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Schätzungen zufolge wird der Markt für Batterie-Energiespeichersystemen (BESS) bis zum Jahr 2030 deshalb auf einen Wert von bis zu 150 Milliarden US-Dollar ansteigen. 2023 lag die Zahl weltweit noch zwischen 44 und 55 Milliarden US-Dollar.
Doch derzeit dominierenden Batteriesysteme, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Akkus, stoßen zunehmend an ihre Grenzen. Doch nicht nur ihre teure und ressourcenintensive Produktion sind nachteilig, auch die hohe Brennbarkeit der verwendeten Materialien ist problematisch.
Zusätzlich verlieren sie mit der Zeit deutlich an Kapazität, was vor allem die Nutzung in stationären Großspeichern wenig praktikabel macht. Wissenschaftler weltweit forschen daher an alternativen Energiespeichern.
Forscher der City University of Hong Kong und der Southern University of Science and Technology haben nun ein System vorgestellt, das die bekannten Sicherheits- und Haltbarkeitsprobleme herkömmlicher Batterien gezielt umgeht. Die wasserbasierte Batterie arbeitet mit einem pH-neutralen Elektrolyten, ist nicht brennbar und zeigt selbst nach einer enorm hohen Anzahl an Ladezyklen kaum Alterungserscheinungen.
„Tofu-Batterie“ überdauert 120.000 Ladezyklen
Die sogenannte „Tofu-Batterie“ könnte eine neue Generation von Energiespeichern bedeuten. Durch den Einsatz eines wasserbasierten und pH-neutralen Elektrolyten ist sie nicht nur nachhaltig, sondern auch sicher.
Denn bei der Herstellung kommen keine brennbaren oder giftigen Chemikalien zum Einsatz. Statt herkömmlichen Säuren und Laugen haben die Forscher neutrale Magnesium- und Calciumsalze als Elektrolyt verwendet. Diese werden so ähnlich auch bei der Herstellung von Tofu eingesetzt.
Auch bei der negativen Elektrode setzen die Forscher auf eine Alternative. Während hier normalerweise metallbasierten Materialien genutzt werden, setzen die Forscher auf ein eigens entwickeltes Material aus kovalenten organischen Polymeren.
„Im Vergleich zu herkömmlichen wässrigen Batteriesystemen bietet das neue System eine außergewöhnliche Langzeitstabilität und ist unter neutralen Bedingungen umweltfreundlicher“, erklären die Forscher in ihrer Studie, die im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht wurde. „Die Elektrolyte wässriger Batterien sind meist sauer oder alkalisch, was zu unvermeidlichen Nebenreaktionen führt.“
Durch den Einsatz eines Elektrolyten mit einem pH-Wert von 7 können die Forscher solche Nebenreaktionen umgehen. Die Zellen sollen außerdem „umweltverträglich und ungiftig“ und „direkt in die Umwelt entsorgt werden“.
„Tofu-Batterie“ kann Lebensdauer von mehr als 300 Jahren erreichen
In den Labortests der Forscher blieb die „Tofu-Batterie“ über 120.000 Ladezyklen stabil. Hochgerechnet kommt sie somit auf eine Lebensdauer von mehr als 300 Jahren. Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Smartphone-Akku überdauert lediglich einige Hundert Ladezyklen, bevor seine Kapazität merklich absinkt.
Allerdings ist das neuartige Batteriesystem der Forscher kaum für mobile Geräte wie Smartphones oder Smartwatches gedacht. Denn aufgrund ihrer Größe eignet es sich eher für Großspeicher.
Bei einem Spannungsintervall von 2,2 Volt kommt die „Tofu-Batterie“ auf eine spezifische Energie von bis zu 48,3 Wattstunden je Kilogramm. Damit liegt sie zwar unter der Energiedichte eines herkömmlichen Smartphone-Akkus, für wässrige organische Batterie erreicht sie damit allerdings einen hohen Wert.
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