Forscher machen Silizium-Luft-Batterie langlebiger

Jetzt läuft sie: Forscher haben den Grund herausgefunden, warum Silizium-Luft-Akkus bisher eine so kurze Lebensdauer hatten. Schuld ist der Verbrauch der Elektrolyte. Mithilfe eines Pump-Experiments gelang es den Wissenschaftlern, die Batterie auf eine Laufzeit von über 1.000 Stunden zu bringen. So wird die vielversprechende und preiswerte Alternative zur gegenwärtigen Energiespeicher-Technologie vielleicht doch noch umsetzbar.

Die allseits bekannten Lithium-Ionen-Akkus haben so einige Macken: Die Seltenheit des Hauptbestandteils Lithium oder die Explosionsgefahr bei Überhitzung. Deshalb entwickelten Wissenschaftler die Silizium-Luft-Batterie. Ihr Material ist das zweithäufigste Element der Erde: Silizium, welches unempfindlich für äußere Einflüsse ist. Zusätzlich hat die Silizium-Luft-Batterie eine weitaus höhere Energiedichte und ist kleiner sowie leichter als ihr Vorgänger.

Problem der Kurzlebigkeit

Allerdings stoppt dieser neuartige Akku nach wenigen Minuten seinen Stromfluss. Warum, war bisher unklar. Es gab zunächst nur ein paar Vermutungen. Zum einen dachte man, dass sich spontan eine Schutzschicht auf der Siliziumanode bildet, zum anderen stellte man die Eignung des Elektrolyts in Frage und zu guter Letzt fragte man sich, ob es vielleicht ein Problem mit der Luft-Elektrode gäbe.

Bisherige Versuche, das Problem mit der kurzen Lebensdauer zu lösen, erwiesen jedoch als wenig erfolgreich. Zwar ließen sich die Silizium-Luftbatterien durch den Einsatz spezieller hochwertige Elektrolyte auf Basis einer ionischen Flüssigkeit langlebiger machen. Das würde allerdings die Kosten wiederum stark anheben.

Lösung des Rätsels

Hermann Tempel vom Forschungszentrum Jülich hat sich nun zusammen mit seinen Kollegen des Problems erneut angenommen. Die Forscher vermuteten, dass der Verbrauch der Elektrolyte der Grund für die kurze Laufzeit der Silizium-Luft-Batterie sein könnte.

Um ihre Annahme zu belegen, bauten sie ein Pumpensystem, mit dem die Elektrolytflüssigkeit aus in Wasser gelöstem Kaliumhydroxid von Zeit zu Zeit nachgefüllt wurde. „Bleibt die Siliziumanode in Kontakt mit dem Elektrolyten, läuft die Batterie“, erklärt Tempel. Mit ihrem Pumpsystem erreichten die Forscher erstmals eine Laufzeit von über 1.100 Stunden: rund 46 Tage. „Bis das Silizium komplett aufgebraucht ist. Danach kann die Batterie durch das Auswechseln der Anode – sozusagen mechanisch – wieder aufgeladen werden“

Nun suchen die Wissenschaftler nach einem Weg, die Batterie am Laufen zu halten, ohne den Elektrolyt nachfüllen zu müssen. Die Forscher wollen dafür die Selbstentladung der Batterie unterdrücken, denn diese führt dazu, dass die Elektrolytflüssigkeit verbraucht wird. „Die Batterie ist immer noch nicht perfekt, aber jetzt wissen wir, woran wir arbeiten müssen“, schließt Tempel.

(Forschungszentrum Jülich, 22.07.2016 – TKR)