Bisher sind Zink-Luft-Batterien vor allem als zuverlässige Einwegoption in Hörgeräten bekannt. Einem Forscherteam der TU Darmstadt ist kürzlich ein wichtiger Schritt in der Grundlagenforschung gelungen, der die Entwicklung wiederaufladbarer Batterien dieser Art voranbringt.
Zink-Luft-Batterien bergen ein großes Potenzial. Denn theoretisch können sie bis zu fünfmal mehr Energie speichern als aktuelle Lithium-Ionen-Akkus. Ein Forscherteam um Professor Jörg J. Schneider am Fachbereich Chemie der TU Darmstadt hat dafür ein neuartiges Katalysatormaterial entwickelt. Die Wissenschaftler publizierten ihre Ergebnisse am 27. September 2026 im Fachjournal Advanced Science.
Hintergrund ist ein neu entwickeltes Verbundmaterial, das als langlebiger Katalysator wirkt und in einem Laborexperiment bereits bis zu 300 Stunden Betriebszeit ermöglichte. Im Zentrum steht ein „atmendes“ Akkusystem, das Sauerstoff aus der Umgebungsluft als aktiven Partner nutzt.
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Genau hier lag allerdings über Jahrzehnte ein ungelöstes Problem. Als Einwegbatterien verrichten Zink-Luft-Systeme in Hörgeräten zuverlässig ihren Dienst, doch solche Systeme ließen sich bislang kaum wieder aufladen. Das liegt daran, dass sich die komplizierten chemischen Vorgänge in der Zelle technisch nur schwer beherrschen lassen. Denn beim Laden und Entladen muss der Prozess in beide Richtungen zuverlässig unterstützt werden.
Mineralien und Nanohörner: So arbeitet der Zwei-Wege-Katalysator
Grundlage des neuen Materials sind sogenannte Spinelle, eine in der Natur vorkommende Mineralgruppe. Nanoskalige Nickel-Ferrit-Partikel aus dieser Gruppe kombinierten die Darmstädter mit mikroskopisch feinen Kohlenstoff-Nanohörnern. Winzige Katalysatorteilchen sitzen dabei fest auf dem Kohlenstoffgerüst verankert.
Das fertige Kompositmaterial vereint durch den Einsatz von Stickstoff und Phosphor drei wesentliche Fähigkeiten in sich. Es leitet elektrischen Strom, ist chemisch stabil und aktiviert den Sauerstoff für die Reaktion. Das bedeutet, dass der Katalysator beide Reaktionen unterstützt.
Beim Entladen wird der Luftsauerstoff chemisch umgesetzt, beim Wiederaufladen wird er wieder freigesetzt. Dieser Vorgang geschieht an der sogenannten Dreiphasengrenze. Dabei handelt es sich um einen wichtigen Punkt, an dem fester Katalysator, flüssiger Elektrolyt und gasförmiger Sauerstoff dauerhaft stabil zusammenwirken können.
Hohes Potenzial in der Grundlagenforschung für wiederaufladbare Zink-Luft-Batterien
Die Technologie birgt Potenzial für die Zukunft. Da sie den Sauerstoff aus der Umgebungsluft nutzen, können Zink-Luft-Batterien theoretisch bis zu fünfmal mehr Energie speichern als gängige Lithium-Ionen-Akkus. Hinzu kommt der Umweltaspekt. Denn das neue Katalysatormaterial basiert auf Eisen, Nickel und Kohlenstoff. Es eröffnet damit neue Perspektiven, um die bisherige Wegwerfpraxis bei Zink-Luft-Batterien langfristig hinter sich zu lassen.
Die Arbeit markiert einen wichtigen Schritt in der Grundlagenforschung. Im Experiment ermöglichte der neue Verbundkatalysator bis zu 300 Stunden Betriebszeit. Trotzdem ist noch nicht absehbar, wann wir die Ansätze skaliert in der Praxis sehen werden. Die ersten Fortschritte sind aber getan.
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