Pyrit in der Batterietechnik »Narrengold« bietet großes Potenzial

Pyrit wird auch Narrengold oder Katzengold genannt und wird nun als Kathoden-Material verwendet.
Pyrit wird auch Narrengold oder Katzengold genannt und wird nun als Kathoden-Material verwendet.

Geht es nach den Forschern der Empa und der ETH Zürich, wird die »Narrengold-Batterie« zur günstigen Alternative für Lithium-Ionen-Akkus. Als Netzspeicher-Batterie soll sie sogar die Jahresproduktion eines Kraftwerks speichern können.

Viele kennen Pyrit unter anderen Namen, z.B. unter Katzengold oder – wie es häufig in den alten Goldgräber- und Western-Filmen genannt wurde – Narrengold. Pyrit ist ein kristallines Eisensulfid (FeS2) und wird u.a. zur Gewinnung von Schwefelsäure verwendet. Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, kurz: Empa, und der ETH Zürich entdeckten das Material für die Batterietechnik: sie verwendeten Pyrit als Kathode für eine Batterie.

In der »Narrengold-Batterie« kombinierten sie die Pyrit-Kathode mit einer Magnesium-Anode. Der Elektrolyt besteht aus Magnesium- und Natriumionen. Beim Wiederaufladen der sogenannten Natrium-Magnesium-Hybrid-Batterie gibt Pyrit die Natrium-Ionen wieder frei. Als den größten Vorteil der Batterie sehen die Forscher die Verfügbarkeit der Materialien: Anders als bei Lithium, dass aufgrund der steigenden Nachfrage an Elektromobilen und stationären Speichern irgendwann knapp werden wird, sind die Zutaten der »Narrengold-Batterie« in beliebiger Menge und entsprechend kostengünstig verfügbar.

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»Narrengold-Batterie« als Großspeicher

Für stationäre Energiespeicher und Netzwerkspeicher: Die Natrium-Magnesium-Hybrid-Batterie.

So lassen sich Eisensulfid-Nanokristalle beispielsweise herstellen, indem metallisches Eisen mit Schwefel in herkömmlichen Kugelmühlen trocken vermahlt werden. In der Erdkruste zählen Eisen, Magnesium, Natrium und Schwefel mit zu den am häufigsten chemischen Elementen; sie liegen an den Stellen 4, 6, 7 und 15. Ein Kilogramm Magnesium kostet laut Empa weniger als vier Schweizer Franken (etwa 3,70 Euro) und wäre damit 15-mal günstiger als Lithium. Hinzu kommt, dass anders bei Lithium-Ionen-Akkus keine Kupferfolien benötigt werden, sondern Alufolie genügt.

Speichert Jahresproduktion eines Kraftwerks

Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher im Fachjournal »Chemistry of Materials«. Darin stellen sie klar, dass die »Narrengold-Batterie« für Elektroautos unbrauchbar ist, ihre Leistung sei für diese Anwendung zu gering. In ihrem Artikel schlagen die Forscher ihren Batteriespeicher mit einer Kapazität von Terrawattstunden (TWh) vor, mit dem sich beispielsweise die Jahresproduktion des Schweizer Atomkraftwerks Leibstadt zwischenspeichern ließe. Mit dem Versuchsakku im Labor wurden bereits 40 Lade- und Entladezyklen durchgeführt, ohne dass die Batterie an Leistungsfähigkeit eingebüßt hätte.

Maksym Kovalenko, Leiter der Forschungsgruppe und Professor am Departement Chemie und angewandte Biowissenschaften der ETH Zürich: »Noch ist das volle Potential der Batterie nicht ausgeschöpft. Mit Hilfe weiterentwickelter Elektrolyten lässt sich die elektrische Spannung und die Lebensdauer der Natrium-Magnesium Hybrid-Zelle mit Sicherheit noch erhöhen.«

Für die weitere Erforschung der Technologie sucht Kovalenko noch Investoren.