Neuartiger Zink-Iod-Akku: Über 60.000 Ladezyklen und volle Ladung in 3 Minuten

Forscher der Flinders University in Australien haben offenbar eines der hartnäckigsten Probleme wasserbasierter Zink-Iod-Batterien gelöst: ihre kurze Lebensdauer. Das Team hat seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht und eine Batterie entwickelt, die mehr als 60.000 Lade- und Entladezyklen überstehen und sich in nur drei Minuten vollständig aufladen lassen soll. Je nach Betriebsparametern arbeiten die Zellen mit 1,3 bis 1,4 Volt. Sie erreichen entweder eine spezifische Kapazität von 200mAh/g über 8.000 Zyklen bei einer Ladezeit von sieben Minuten oder eine reduzierte Kapazität von 150mAh/g über 60.000 Zyklen. Die Degradationsrate soll lediglich 0,0001 bis 0,0003 Prozent pro Zyklus betragen.

Wasserbasierte Zink-Iod-Batterien haben bislang unter dem sogenannten "Shuttle-Effekt" gelitten. Dabei wandern Polyiodidverbindungen durch den Separator der Batterie und verringern die Leistung kontinuierlich. Um dieses Problem zu lösen, haben die Forscher aus Cyclodextrin eine käfigartige Struktur entwickelt. Das günstige, aus Stärke gewonnene Polymer kommt häufig in Lebensmitteln und Kosmetikprodukten zum Einsatz. Seine wasseranziehende Außenschicht und sein wasserabweisendes Inneres können die problematischen Polyiodide nach Bedarf binden und wieder freisetzen.

Abseits dieser technischen Lösung stellen Zinkbatterien eine sicherere, günstigere und leichter verfügbare Alternative zur Lithium-Ionen-Technologie dar. Sie vermeiden die mit lithiumbasierten Zellchemien verbundenen Brandgefahren weitgehend und können Lithium-Ionen-Batterien bei der spezifischen Energie und Energiedichte erreichen oder sogar übertreffen.

Australien verfügt zudem über 20 bis 28 Prozent der weltweit bekannten Zinkreserven. Daraus könnte sich eine Möglichkeit ergeben, Chinas Monopolstellung in den Lieferketten für Lithium-Ionen-Batterien entgegenzuwirken und zugleich die Umweltbelastung durch Batterieabfälle zu reduzieren. In Australien fallen jährlich rund 3.300 Tonnen Abfall aus Lithiumbatterien an. Bis 2036 soll diese Menge auf mehr als 136.000 Tonnen steigen.

Derzeit befindet sich die Akku-Technologie noch im Prototypenstadium und ist nicht für die kommerzielle Einführung bereit. Das Labor der Flinders University arbeitet nach eigenen Angaben mit Industriepartnern am Aufbau einer Plattform zur Prototypenentwicklung. Ob daraus tatsächlich eine heimische Industrie entsteht, hängt jedoch von Faktoren ab, die weit über die Batteriechemie hinausgehen. Dazu zählen Investitionen in die Fertigung und die Akzeptanz am Markt, die beide nicht Gegenstand der Studie sind.