Neues Molekül speichert doppelt so viel Energie und behält nach fast 200 Zyklen 99% seiner Kapazität

Durchbruch bei organischer Batterie: Ein neues Molekül könnte Schwankungen erneuerbarer Energien ausgleichen. Ein Forschungsteam der Université de Montréal und der Concordia University hat ein bahnbrechendes organisches Molekül vorgestellt. Es könnte die Herausforderungen der unregelmäßigen Verfügbarkeit erneuerbarer Energien lösen.

Das Molekül mit der Bezeichnung „AzoBiPy“ (offiziell 4,4′-Hydrazobis(1-methylpyridinium)) wurde speziell für den Einsatz in wässrigen organischen Redox-Flow-Batterien (AORFBs) entwickelt. Es stellt eine sichere, nicht brennbare Alternative zu Lithium-Ionen-Systemen dar. Die im „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlichten Ergebnisse heben die Fähigkeit von AzoBiPy hervor, einen reversiblen Zwei-Elektronen-Transfer zu vollziehen.

Während die meisten organischen Posolyt-Moleküle (positive Elektrolyte) nur ein einzelnes Elektron austauschen, verdoppelt AzoBiPy diese Kapazität. In Labortests demonstrierte das Molekül eine hohe volumetrische spezifische Kapazität von 47,1 Ah/L sowie eine außergewöhnliche Löslichkeit in Wasser. Ein neuer Maßstab für Stabilität: Lange Zeit galt die Stabilität als Schwachstelle organischer Speicher, doch AzoBiPy setzt hier neue Maßstäbe. In einem 70-tägigen Testlauf mit 192 Lade-Entlade-Zyklen behielt das Molekül fast 99 % seiner ursprünglichen Kapazität bei und verlor lediglich 0,02 % pro Tag.

Laut den Forschern ist diese Leistung für eine organische Verbindung nahezu beispiellos. Dies legt nahe, dass sich damit im Sommer gewonnene Energie speichern ließe, um Häuser den ganzen Winter über zu heizen. Das praktische Potenzial dieser Technologie wurde im Jahr 2024 bei einer Live-Demonstration während einer Weihnachtsfeier im Fachbereich verdeutlicht: Ein Prototyp einer Flow-Batterie, der lediglich zwei Esslöffel der wässrigen Lösung pro Tank benötigte, versorgte eine Christbaum-Lichterkette acht Stunden lang erfolgreich mit Strom.

In puncto Erneuerbarkeit basieren kommerzielle Flow-Batterien derzeit meist auf Vanadium. AzoBiPy hingegen besteht aus den reichlich vorhandenen Elementen Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff. Das Team erforscht aktuell biologisch basierte Versionen, die aus Holz- und Lebensmittelabfällen gewonnen werden. Da die entsprechenden Patentanmeldungen bereits laufen, erwarten die Forscher, dass diese Klasse von Verbindungen innerhalb des nächsten Jahrzehnts eine breite Markteinführung erreichen wird.