Mit dem weltweiten Ausbau von Wind- und Solaranlagen wächst auch die Nachfrage nach effizienten Speichersystemen. Schließlich muss Energie abgerufen werden können, wenn die Sonne untergeht oder Windstille herrscht. Die heute üblichen Lithium-Ionen-Batterien sind für derartige Anwendungen zu teuer.

Forschenden des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist es nun gelungen, eine Batterie herzustellen, die in weniger als einer Minute vollständig geladen ist und darüber hinaus mit extrem günstigem Material hergestellt werden kann. Der Energiespeicher nutzt Aluminium und Schwefel für die beiden Elektroden. Dazwischen befinden sich geschmolzene Salzelektrolyte, wie MIT-Professor Donald Sadoway erklärt. "Ich wollte etwas erfinden, das schneller und besser als Lithium-Ionen-Batterien für kleine stationäre Speicher und für Automobilanwendungen ist".

Nicht brennbar und günstig

Die Batterie der Forschenden hat nämlich noch einen Vorteil: Sie ist nicht entflammbar. Die heute üblichen Lithium-Ionen-Batterien enthalten brennbare Elektrolyte, was bei einem Autounfall gefährlich werden könnte. Also studierte Sadoway das Periodensystem auf der Suche nach Elementen, die einerseits billig und in großen Mengen verfügbar sind. Das kommerziell dominierende Eisen fiel aus, da es keine guten elektrochemischen Eigenschaften für effiziente Batterien mitbringt. Das zweithäufigste Element am Markt, Aluminium, ist gleichzeitig weltweit im Überfluss vorhanden – und die Forscher hatten ihr Ausgangsmaterial.

Die Frage nach dem zweiten Element war schnell beantwortet: Schwefel, denn dieses Element ist das billigste Element außerhalb der Eisengruppe des Periodensystems. Für das Elektrolyt wählte man deshalb verschiedene Salze, weil sie einen niedrigen Schmelzpunkt haben und nicht entflammbar sind.

Das Problem mit dem Siedepunkt

Darin liegt auch der Nachteil der Batterie: Sie funktioniert erst ab der Marke von 100 Grad Celsius. Daher ist die Batterie in der Praxis noch nicht einsetzbar. Aber Sadoway ist optimistisch: "Sobald man annähernd Körpertemperatur erreicht hat, kann man Batterien herstellen, die keine besonderen Isolierungs- und Korrosionsschutzmaßnahmen erfordern."

Die Forschenden gehen davon aus, dass die von ihnen entwickelte Batterie nur ein Sechstel des Preises heutiger Lithium-Ionen-Technik kosten dürfte. In der Praxis überstand die Energiezelle hunderte Ladezyklen mit außergewöhnlich hoher Spannung. Binnen einer Minute war der Energiespeicher voll.

Die neue Batterie soll sich besonders für die Speicherung vom Strom der hauseigenen Photovoltaikanlage eignen. Auch bei Ladestationen von E-Autos könnten die Batterien eingesetzt werden. Ein Batteriesystem wie dieses, das Strom speichert und bei Bedarf schnell freigibt, könnte etwa die Installation neuer Stromleitungen für Ladegeräte überflüssig machen.

Sadoway ist in dem Bereich kein Unbekannter: Er und sein Team entwickelten bereits einen Flüssigmetall-Akku, der schon nächstes Jahr auf den Markt kommen soll. Dafür wurde der Forscher mit dem Europäischen Erfinderpreis ausgezeichnet. (pez, 25.8.2022)