Biomolekül puscht Akkuleistung
Forscher haben in der Natur ein Molekül aufgespürt, das Akkus im Highspeed-Tempo auflädt und gleichfalls den Einsatz nachhaltiger Rohstoffe in Batterien erlaubt.
Ob Handy, Laptop oder Kamera: Lithium-Ionen-Batterien sind in fast allen technischen Geräten zu finden. Der Grund für diese Dominanz: Der elektrische Energiespeicher ist im Vergleich zu früheren Batterien aus Nickel-Cadmium wiederaufladbar und in der Anwendung wesentlich komfortabler. Doch ist der Akku einmal leer, dauert es oft Stunden, ehe Handy oder Laptop wieder genutzt werden können.
Die Ladegeschwindigkeit deutlich zu beschleunigen ist ein Ziel, an dem Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und vom Helmholtz-Institut Ulm – Batterieforschungszentrum seit geraumer Zeit arbeiten. Im Fachjournal „Angewandte Chemie“ stellt das Team nun erstmals das Ergebnis vor. Dabei handelt es sich um ein neues biologisches Speichermaterial, das eine sehr schnelle und reversible Einlagerung von Lithium-Ionen erlaubt und so den Akku in Turbogeschwindigkeit lädt.
Akku laden in 60 Sekunden
Diese Höchstleistung geht auf ein Molekül namens Porphyrin zurück, dass in der Natur weit verbreitet ist. „Porphyrine kommen in der Natur sehr häufig vor und bilden das Grundgerüst des Blattgrüns (Chlorophyll), des Blutfarbstoffs von Menschen und Tieren (Hämoglobin) oder von Vitamin B12“, erklärt der Ulmer Wissenschaftler Maximilian Fichtner. Mithilfe dieses Biomoleküls konnten die Forscher im Labor Speicherkapazitäten von 130-170 Milli-Amperestunden pro Gramm (mAh/g) bei einer mittleren Spannung von 3 Volt messen und die Be- und Entladungsdauer auf nur ein Minute drosseln. „Die Speichereigenschaften sind außergewöhnlich, weil das Material eine Speicherkapazität wie ein Batteriematerial besitzt – aber so schnell arbeitet wie ein Superkondensator“, so Fichtner.
Das Molekül Porphyrin – eingebaut in Elektroden – steigerte im Laborexperiment die Ladegeschwindigkeit von Batterien.
Natrium kann Lithium in Akkus ersetzen
Weitere Experimente mit dem Biomolekül deuten darauf hin, dass sich die Speicherkapazität sogar noch weiter steigern lässt. Aber nicht nur das. Der biobasierte Energiespeicher könnte nicht nur mit Lithium, sondern auch mit dem Mineral Natrium betrieben werden, das als Rohstoff wesentlich häufiger verfügbar ist und die Batterieherstellung nachhaltiger machen würde. Materialien auf Basis von Porphyrin werden in anderen Varianten bereits eingesetzt, wie etwa in der blauen Farbe von Laserdruckern oder in Autolacken. Durch die Bindung funktioneller Gruppen an das Porphyrin ist es dem Team um Fichtner gelungen, diese speziellen Eigenschaften erstmals auch für den Einsatz in elektrochemischen Speichern wie Akkus zu nutzen.
bb
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