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Suche nach dem Superakku : Ist Zink doch die Lösung?

In Zukunft könnten für Batterien und Akkus weniger seltene Materialien benötigt werden. Bild: Reuters

Eine sichere Batterie, die ohne teure Materialien auskommt? Die Lösung könnte ein verbesserter Nickel-Zink-Akku sein. Droht den Lithium-Ionen-Kraftpaketen Konkurrenz?

          Ein verbesserter Nickel-Zink-Akku, den Forscher vom Naval Research Laboratory in Washington gebaut haben, könnte zu einer ernstzunehmenden Konkurrenz für wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien werden. Die Laborversion ist bereits so leistungsfähig wie die Energiespeicher, die standardmäßig Kleingeräte und in Stapelbauweise E-Bikes und Elektroautos mit elektrischem Strom versorgen. Weil die neue Stromquelle aus keinen entzündlichen Materialien besteht, ist sie auch weniger gefährlich.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Debora Rolison und ihre Kollegen haben einen seit langem bestehenden Schwachpunkt der Zink-Anode (positive  Elektrode, siehe Kasten) behoben: Bei häufigem Wiederaufladen bilden sich in Folge elektrochemischer Prozesse dort lange, spitze Kristalle, wodurch sich die Ladungskapazität im Laufe der Zeit verringert und die Gefahr eines Kurzschlusses wächst.

          Vielversprechender Prototyp

          Die Forscher haben das feinkörnige Zink, das man üblicherweise als Anodenmaterial verwendet, durch einen porösen Metallschaum aus Zink ersetzt und dadurch das Kristallwachstum an der Elektrode unterbinden können.  Als Kathode (negative Elektrode) verwenden sie eine Nickeloxid-Hydroxid-Verbindung. Die beiden Elektroden sind von einem ungefährlichen Elektrolyt auf Wasserbasis getrennt. Ihre Vorgehensweise beschreiben die Forscher detailliert in der Zeitschrift „Science“.

          Labortests zeigten, dass der verbesserte Nickel-Zink-Akku rund 100 Lade-Entlade-Zyklen unbeschadet überstand. Bei einer Betriebsspannung von etwa 1,9 Volt zeigte er vergleichbare Werte wie herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Wurde der Prototyp, wie bei der Nutzung in Hybrid-Fahrzeugen üblich, nur teilweise entladen, schaffte er sogar 50.000 Zyklen.

          Um es aber mit den Akkus in Smartphones aufnehmen zu können, muss die Zahl der vollständigen Lade- und Entladezyklen noch um ein Vielfaches gesteigert werden. Nun will man mit Industriepartnern zusammenarbeiten, um etwa die Stabilität der wiederaufladbaren Nickel-Zink-Batterien zu erhöhen und den Akkutyp, der keine teuren und seltenen Materialien benötigt, zur Anwendungsreife zu führen.

          Unterschied Kathode/Anode

          Kathode: allgemein als negativ geladene Elektrode (Minuspol) bezeichnet. Bei der Elektrolyse erfolgt an der Kathode die  Reduktion, d.h. die Elektronenabgabe (kathodische Reduktion). Es herrscht an der Kathode selbst also Elektronenmangel. Beim Stromdurchgang durch Lösungen wandern stets die Kationen, die positiven Ionen, zur Kathode.

          Das ändert sich bei einem galvanischen Element wie einer Batterie.  Jetzt wird die Kathode zur Anode, das heißt Elektronen werden aufgenommen, es läuft also ein Oxidationsprozess ab.

          Anode:  allgemein als positiv geladene Elektrode (Pluspol) bezeichnet. Bei der Elektrolyse erfolgt an der Anode die  Oxidation, d.h. die Elektronenaufnahme. An der Anode selbst herrscht also Elektronenüberschuss.

          Bei einer Batterie wird die Anode zur Kathode, d.h. Elektronen werden abgegeben.

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