Feststoff-Wasserstoffspeicher ermöglicht sichere Speicherung bei niedrigen Temperaturen

Wasserstoff als Energieträger hat ein enormes Potenzial, doch seine Speicherung bleibt die größte Hürde für eine breite Anwendung. Aktuell gibt es zwei Hauptansätze: Entweder wird das Gas in schweren Tanks auf bis zu 900 bar verdichtet, was komplex und druckanfällig ist , oder es wird auf kryogene −253 °C heruntergekühlt, was einen ständigen Energieverlust durch Boil-off bedeutet.   

Feststoffspeicher, die Wasserstoff in einem Pulver chemisch binden, gelten als sichere und volumendichte Alternative . Oft wird dafür Magnesium-Pulver genutzt. Der Haken: Dieses Magnesium-Hydrid-Pulver gibt den Wasserstoff nur extrem langsam und erst bei sehr hohen Temperaturen über 300 °C wieder frei. Diese Hitze ist ineffizient und kaum praktikabel für Fahrzeuge.   

Der japanische Durchbruch: Speicherung bei 90 °C

Die japanischen Forscher des Tokyo Institute of Science stellen nun in der Fachzeitschrift Science eine Lösung vor, die diesen traditionellen Hitzebedarf überwindet . Sie nutzen das Magnesium-Pulver nicht für einen thermischen, sondern für einen elektrochemischen Speichervorgang – es funktioniert also wie ein Akku.   

Der Schlüssel ist ein neues, festes Speichermedium, das speziell entwickelte geladene Wasserstoff-Teilchen (sogenannte Hydrid-Ionen) transportieren kann . Diese Ionenbewegung ermöglicht es, den Wasserstoff aus dem Magnesium-Pulver zu lösen und wieder aufzunehmen – und das bei lediglich 90 °C . Diese moderate Temperatur ist ein entscheidender Vorteil, da sie im Bereich der Abwärme vieler industrieller Systeme oder der Kühlung von Brennstoffzellen liegt. Die zum Freisetzen des Wasserstoffs benötigte Energie könnte somit aus Abwärme bezogen werden, was die Gesamteffizienz des Energiesystems maximieren würde.   

Die Leistung der Zelle ist auf dem Papier beeindruckend: Sie erreicht die theoretisch mögliche Kapazität des Materials und kann Wasserstoff mit einer Dichte von 7,6 Prozent des Gesamtgewichts speichern .

Offene Fragen: Stabilität und Kosten

Trotz des technischen Fortschritts bleiben kritische Fragen. Die Technologie verschiebt das Problem von der ineffizienten Hitze zur Langzeitstabilität. Bei dem elektrochemischen Umwandlungsprozess dehnt sich das Magnesium-Pulver in der Zelle stark aus und zieht sich wieder zusammen.   

Diese ständigen Volumenveränderungen führen bei solchen Akku-Anoden normalerweise zu einem schnellen Kapazitätsverlust. Die feste Zwischenschicht, die für den Ionentransport bei 90 °C notwendig ist, muss diesen mechanischen Belastungen über Hunderte oder Tausende Ladezyklen standhalten können. Dies ist der kritischste Punkt für die Kommerzialisierung und laut Experten noch nicht gelöst.

Hohe Kosten

Hinzu kommt die wirtschaftliche Hürde. Festkörper-Akkus sind, bedingt durch komplexe Fertigungsverfahren, oft doppelt so teuer in der Produktion wie gängige Lithium-Ionen-Zellen. Das neuartige, komplexe feste Speichermedium in dieser Wasserstoff-Batterie, bestehend aus Barium, Calcium und Natrium , dürfte die Initialkosten weiter in die Höhe treiben . Die Einführung von Festkörperbatterien in den Massenmarkt wird von Experten daher nicht vor 2028 bis 2035 erwartet. Der 90 °C-Akku ist ein faszinierendes Konzept, aber bis zur Serienreife ist es noch ein weiter Weg.