Nachhaltige Energiespeicherung Protonenbatterie auf Polymerbasis

Die neue Protonenbatterie sieht aus wie eine herkömmliche Knopfzelle, besteht aber im Inneren aus organischen Materialien und basiert auf Protonen statt Lithium-Ionen.
Die neue Protonenbatterie sieht aus wie eine herkömmliche Knopfzelle, besteht aber im Inneren aus organischen Materialien und basiert auf Protonen statt Lithium-Ionen.

Forscher der Universität Uppsala haben nun eine vollständig organische Protonenbatterie entwickelt, die sich in wenigen Sekunden aufladen lässt. Sie besteht über 500 Ladezyklen, ohne dass ihre Kapazität signifikant abnimmt. Die verwendeten Stoffe sind klimafreundlich und gut verfügbar.

Viele heute verwendete Batterien belasten die Umwelt erheblich, nicht zuletzt durch den Abbau der darin verwendeten Metalle. »Deshalb haben wir im Rahmen unserer Forschung eine Batterie entwickelt, die aus häufig in der Natur vorkommenden Elementen aufgebaut ist und die zur Herstellung organischer Batteriematerialien verwendet werden können«, erklärt Christian Strietzel von der Fakultät für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen der Universität Uppsala.

Aus diesem Grund wählte das Forschungsteam die Chinone als Aktivmaterial für ihre Batterie. Diese organischen Kohlenstoffverbindungen kommen in der Natur reichlich vor, zum Beispiel im Rahmen der Photosynthese. Die Eigenschaft der Chinone, die sich die Forscher zunutze gemacht haben, ist ihre Fähigkeit, beim Laden und Entladen der Batterie Wasserstoff-Ionen – sprich Protonen – zu absorbieren und wieder abzugeben.

Als Elektrolyt dient eine säurehaltige wässrige Lösung, um die Ionen innerhalb der Batterie zu transportiert. Dies ist nicht nur umweltfreundlich, sondern bietet auch eine sichere Batterie, bei der keine Gefahr besteht, dass sie explodiert oder brennt.

Aber das ist nicht der einzige Vorteil dieser Protonenbatterie. Denn sie kommt ohne die anspruchsvolle Elektronik aus, wie sie für Lithium-Ionen-Batterien erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil der Batterie ist, dass sie unabhängig von den Umgebungstemperaturen ist. »Bekanntlich nimmt die Leistung von herkömmlichen Batterien bei niedrigen Temperaturen ab. Wir konnten nachweisen, dass unsere organische Protonenbatterie ihre Eigenschaften, wie z. B. die Kapazität, bis hinunter zu ­–24 °C beibehält«, erklärt Strietzel.

Allerdings betont der Forscher: »Es bleibt noch viel Entwicklungsarbeit an der Batterie zu leisten, bevor sie zu einem Alltagsgegenstand wird. Doch unsere Protonenbatterie ist ein großer Schritt in Richtung einer zukünftigen Herstellung von nachhaltigen organischen Batterien.«

Originalveröffentlichung

Christian Strietzel, et al., An aqueous conducting redox polymer based proton battery that can withstand rapid constant‐voltage charging and sub‐zero temperatures, Angewandte Chemie, 2020. DOI:10.1002/anie.202001191