Am Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung der Universität Bayreuth wird die Zink-Luft-Batterie erforscht. Das Foto zeigt Schaubild von BMW.
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Noch gelten Lithium-Ionen-Batterien als bevorzugte Speichermedien der Zukunft. Nach Meinung einiger Wissenschaftler könnten Zink-Luft-Batterien eines Tages wesentliche Vorteile bieten – vorausgesetzt, dass es gelingt, einige materialwissenschaftliche und technische Probleme zu lösen.
Damit Solar- und Windkraftenergie einen wachsenden Anteil an der Energieversorgung in Deutschland übernehmen können, ohne dass es zu Engpässen kommt, sind effiziente Speichermedien von zentraler Bedeutung. Gefordert sind Batterien, die große Energiemengen zwischenspeichern und bei Bedarf flexibel abgeben können. Ein zukunftsweisendes Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zu Zink-Luft-Batterien ist jetzt unter der Leitung von Prof. Dr. Monika Willert-Porada am Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung der Universität Bayreuth gestartet. Der Stiftungsrat der Bayerischen Forschungsstiftung wird das Gesamtvorhaben mit rund 650.000 Euro fördern.
Bisher kommen Zink-Luft-Batterien nur als mobile und nicht wiederaufladbare Minispeicher in Hörgeräten zum Einsatz. Im Rahmen des neuen Vorhabens sollen sie aber durch materialwissenschaftliche Innovationen zu stationären und wiederaufladbaren Großspeichern weiterentwickelt werden. Diese Speicher können dann von der Industrie oder von Privathaushalten für die eigene Stromversorgung flexibel genutzt werden. Derzeit gelten Lithium-Ionen-Batterien noch als bevorzugte Speichermedien der Zukunft. Doch könnten Zink-Luft-Batterien eines Tages wesentliche Vorteile bieten – vorausgesetzt, dass es gelingt, einige materialwissenschaftliche und technische Probleme zu lösen, die derzeit noch verhindern, dass dieser Batterietyp große Energiemengen speichern kann.
Kostengünstiges Aufladen
In einer Zink-Luft-Batterie wird Energie durch chemische Reaktionen freigesetzt, an denen zwei äußerst leichtgewichtige Substanzen beteiligt sind: nämlich metallisches Zink einerseits und der in der Luft enthaltene Sauerstoff andererseits. Schon wegen ihres geringen Gewichts sind knopfförmige Zink-Luft-Batterien für Hörgeräte optimal geeignet. Wenn es gelingt, nach dem gleichen Bauprinzip leistungsstarke Großspeicher zu entwickeln, könnten daraus im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien deutliche Kostenvorteile bei industriellen Anwendungen resultieren.
Eine zentrale Herausforderung bei der Entwicklung ist jedoch die Frage, wie eine benutzerfreundliche und kostengünstige Wiederaufladbarkeit gewährleistet werden kann. Denn bei der Reaktion des Zinkmetalls mit Luftsauerstoff entsteht Zinkoxid. Dieses Zinkoxid muss bei der Wiederaufladung einer Zink-Luft-Batterie reduziert und wieder in metallisches Zink umgewandelt werden. Bisher ist dieser Prozess häufig mit kristallförmigen Ablagerungen verbunden, was zu Kurzschlüssen führt. Eine besondere Aufgabe für die Bayreuther Materialwissenschaftler liegt deshalb darin, die Reduktion des Zinkoxids so zu gestalten, dass die Funktionstüchtigkeit der Batterien dadurch nicht beeinträchtigt wird.