Die Apfel-Batterie: Karlsruher Forscher basteln Akku mit Obst-Kohlenstoff

Die Apfel-Batterie: Karlsruher Forscher basteln Akku mit Obst-Kohlenstoff

von Wolfgang Kempkens

Forscher suchen nach günstigeren und umweltfreundlicheren Materialien für Akkus und sind dabei auf Äpfe gestoßen.

Lithium könnte knapp werden. Allein die gigantische Batteriefabrik, die Tesla-Gründer Elon Musk hochzieht, benötigt pro Jahr 24.000 Tonnen dieses relativ seltenen Metalls, etwa ebenso viel, wie alle derzeit aktiven Hersteller verbrauchen.

Nur wo soll es herkommen? Bolivien beispielsweise sitzt auf großen Vorräten - und Präsident Evo Morales kündigte bereits an, diese nicht einfach verschleudern zu wollen, sondern möglichst große Teile der Wertschöpfung vor Ort umzusetzen.

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Schön für das kleine und vergleichsweise arme Land, doch der Aufbau einer solchen Industrie dauert, und so sucht der Rest der Welt nach Alternativen. Eine Möglichkeit wären Akkus, die mit Natrium-Ionen arbeiten. Natrium steht in Form von Kochsalz auf dem Festland und im Meer nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Doch die Batterien auf der Basis des mit Lithium verwandten Materials sind deutlich leistungsschwächer und damit schwerer bei gleicher Kapazität.

Das könnte sich ändern, wenn Forscher neue Materialien entwickeln. Die müssen die schnellen Bewegungen der Natrium-Ionen, die deutlich größer sind als Lithium-Ionen, zwischen den beiden Elektroden möglich machen. Das Tempo ist entscheidend für die Zeit, die fürs Aufladen draufgeht, und die Menge an Strom, die die Batterie pro Zeiteinheit zur Verfügung stellt. Grundlagenforschung, wie sie etwa am Paul-Scherrer-Instituts im schweizerischen Villigen stattfindet.

Kohlenstoff statt GrafitDoch nicht nur die lahmen Ionen machen Probleme, auch die in Lithium-Ionen-Akkus eingesetzten Stoffe für die wichtigen Elektroden funktionieren mit Natrium-Ionen nur sehr eingeschränkt. Bislang wird beispielsweise Graphit eingesetzt, doch dafür haben Forscher des Helmholtz-Instituts Ulm des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT/HIU) einen idealen Ersatz gefunden - aus Äpfeln.

Genauer aus Kohlenstoff, aus dem man die negative Elektrode herstellen kann. Der Kohlenstoff stammt aus den Resten von Äpfeln, die beispielsweise beim Pressen von Saft übrigbleiben. Dieses Material wird unter Luftabschluss verschwelt. Der entstehende Kohlenstoff hat eine für Batterieelektroden optimale Konsistenz und ist dazu noch konkurrenzlos billig. Er habe "exzellente elektrochemische Eigenschaften" sagen die Forscher.

Die positive Elektrode besteht aus unterschiedlichen Natriumoxiden, die schichtweise angeordnet werden. Natrium-Ionen wandern zwischen den beiden Elektroden hin und her. Sie ändern ihre Richtung je nachdem, ob ge- oder entladen wird.

Die Ulmer Forscher haben mit den beiden Billigwerkstoffen (in denen kein teures und umweltschädliches Kobalt steckt wie in vielen positiven Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien) einen Akku gebaut, der mehr als 1000 Ladezyklen überstanden hat, ohne an Leistung einzubüßen. Die Ergebnisse stellen sie nun in den Magazinen "ChemElectroChem" und "Advanced Energy Materials" vor.

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