Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein neues Materialsystem vorgestellt, das Basis sein könnte für leistungsstarke Batterien und Superkondensatoren. Die Ladegeschwindigkeit von Batterien lasse sich deutlich steigern, wenn man den natürlichen Stoff Porphyrin in den Elektroden nutzt. Chlorophyll, Blut und Vitamin B12 bauen alle auf dem Molekül Porphyrin auf.
Die Lithium-Ionen-Batterie ist die derzeit am weitesten verbreitete Batterietechnologie. Kein anderer wieder aufladbarer elektrischer Energiespeicher besitzt vergleichbar gute Eigenschaften in der Anwendung. Dies macht sie für Geräte wie Laptops, Handys oder Kameras derzeit unersetzlich, auch wenn verbesserte Eigenschaften wie Schnellladefähigkeit wünschenswert sind. Viele Materialien, die im Labor die Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien verbessern, sind jedoch nicht nachhaltig, weil diese selten, teuer, giftig oder umweltschädlich sind. Hochleistungsfähige Speichermaterialien, welche auf nachwachsenden Rohstoffen basieren, wären das angestrebte Ideal.
Eine interdisziplinäre Forschungsgruppe vom Helmholtz-Institut Ulm, einer Einrichtung unter Trägerschaft des KIT, und dem Institut für Nanotechnologie des KIT hat ein neues Speichermaterial vorgestellt, welches die sehr schnelle und reversible Einlagerung von Lithium Ionen erlaubt. Dazu wurde das organische Molekül Kupferporphyrin mit funktionellen Gruppen versehen, welche beim ersten Beladungsvorgang in der Batteriezelle eine strukturelle und elektrisch leitende Vernetzung des Materials herbeiführen. Dadurch wird die Struktur der Elektrode im Labor in hohem Maße stabilisiert und mehrere tausende Lade- und Entladezyklen wurden möglich.
Mit diesem Material wurden im Labor Speicherkapazitäten von 130-170 Milli-Amperestunden pro Gramm (mAh/g) gemessen – bei einer mittleren Spannung von 3 Volt – und Be- und Entladungsdauern von nur einer Minute. Aktuell betriebene Experimente deuten darauf hin, dass sich die Speicherkapazität um weitere 100 mAh/g steigern lässt und der Speicher neben Lithium auch auf mit dem wesentlich häufigeren Element Natrium betrieben werden kann.
„Porphyrine kommen in der Natur sehr häufig vor und bilden das Grundgerüst des Blattgrüns (Chlorophyll), des Blutfarbstoffs von Menschen und Tieren (Hämoglobin), oder von Vitamin B12“, erklärt Fichtner. Man setze technische Varianten solcher Materialien bereits ein, etwa in der blauen Farbe von Laserdruckern oder von Autolacken. Durch die Bindung funktioneller Gruppen an das Porphyrin sei es gelungen, seine speziellen Eigenschaften erstmals auch für den Einsatz in elektrochemischen Speichern zu nutzen. „Die Speichereigenschaften sind außergewöhnlich, weil das Material eine Speicherkapazität wie ein Batteriematerial besitzt – aber so schnell arbeitet wie ein Superkondensator“, so Fichtner.
H2O3 meint
Das ist vollkommen richtig!
Aber offenbar ist auch die Energiedichte phänomenal.
Bei ca. 200 mAh/g (=0,2 Ah/g) und 3 V ergeben sich 0,6 Wh/g oder 0,6KWh/kg.
Das ist der dreifache Wert heutiger Li-Ionen-Batterie und auch mehr als die berühmte Lithium-Luft-Batterie.
Auch wenn es sich hier um Laborwerte handelt, so wäre es dennoch ein sehr großer Fortschritt, wenn sich diese Energiedichte mit billigeren „Standard-Materialien“ wie Natrium erreichen ließe!
Toll!
Ernesto 2 meint
Es wird klar daß die Natur noch einiges an Lösungsmöglichkeiten bereit hält, auch wenn vielleicht noch Jahrzehnte vergehen bis ein Produkt zum Verkauf bereit ist. So schnell laden geht mit keiner anderen Zelle. Das sieht gut aus und wenn die Stbilität auch mehrer Tausend Zyklen beträgt ist diese Ding die Zukunft. Wenn es denn von der Industrie nicht in die Schublade gesteckt und absichtlich vergessen wird…wie schon so amnches andere. Musk sollte sich das näher anschauen, dann wir die nächste Gigafactory vielleicht mit Biotechnologie ausgerüstet. Wenigstens etwas was die deutsche Forschung hier für die E-Mobilität tut, und das OHNE daß irgendein namhafter Autohersteller auch nur einen Cent dazu beigetragen hätte. Das wurde aus Steuermitteln finanziert und man weiss ja, daß der VW Konzern in Belgien seine Gewinne mit sagenhaften 0,00016% versteuern muss…..
Der Statistiker meint
Diesen Artikel finde ich deshalb so wichtig weil man sieht was in der Speichertechnologie noch möglich ist.
Wer sagt denn, dass die Batterien auch zukünftig wertvolle Rohstoffe benötigen oder umweltschädliche Materialien beinhalten müssen?
So erziehlt man mit Elektroautos vorerst sauberere Luft in den Städten, weniger Abhängigkeit von Ölförderländern und hilft mit das Weltklima zu stabilisieren, und später werden vielleicht noch die Batterien aus „relativ“ umweltfreundlichen Reccourcen hergestellt.
Passt – weitermachen!