Energie 22.03.2023, 13:36 Uhr

Sauerstoff-Ionen-Batterie auf Keramik-Basis entwickelt

Die TU Wien hat eine vielversprechende neue Batterietechnologie entwickelt: Die Sauerstoff-Ionen-Batterie auf Keramik-Basis. Damit kann vor allem die Energie aus Solar- und Windkraftanlagen eingelagert werden.

Sauerstoff-Ionen-Batterie

Ein Prototyp der Sauerstoff-Ionen-Batterie an der TU Wien.

Foto: TU Wien

Die Speicherung von überschüssiger Energie aus Solarenergie oder Windkraft, um sie später bei Bedarf abzurufen, ist ein wichtiger Faktor für die Energiewende. Da Lithium-Ionen-Batterien im Laufe der Zeit an Speicherkapazität verlieren, wird nach Alternativen gesucht.

Nun haben die Wissenschaftler aus Wien und Spanien eine solche Alternative gefunden – Es handelt sich um eine Sauerstoff-Ionen-Batterie, die auf Basis von Keramik hergestellt wird. Besonders für große Energiespeicher, wie zur Speicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen, kann die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine gute Lösung sein. Die Idee ist bereits patentiert worden.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Die Autobahn GmbH des Bundes, Niederlassung Südbayern-Firmenlogo
Projektingenieur im Brückenbau für Neubau-, Ausbau- und Erhaltungsmaßnahmen (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes, Niederlassung Südbayern
Kempten Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Bauingenieur*in / Fachkraft für Arbeitssicherheit (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
DRK-Blutspendedienst Nord-Ost gemeinnützige GmbH-Firmenlogo
Techniker / Mitarbeiter technischer Dienst (m/w/d) DRK-Blutspendedienst Nord-Ost gemeinnützige GmbH
C. Josef Lamy GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Fertigungstechnik C. Josef Lamy GmbH
Heidelberg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes, Niederlassung Südbayern-Firmenlogo
Abteilungsleitung Grunderwerb, Liegenschaftsverwaltung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes, Niederlassung Südbayern
Kempten (Allgäu) Zum Job 
LVR-Klinik Köln-Firmenlogo
Ingenieurin / Ingenieur der Fachrichtung Versorgungstechnik / Technische Gebäudeausrüstung (m/w/d) LVR-Klinik Köln
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur Konstruktiver Ingenieurbau/Brückenbau (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Gelnhausen Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (w/m/d) Fachrichtung Straßenbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Darmstadt Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur/in als Bauwerksprüfer (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Darmstadt Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Teamleitung (m/w/d) Straßenbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Darmstadt Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieur/in Planung Ingenieurbauwerke Die Autobahn GmbH des Bundes
Darmstadt Zum Job 
Advanced Nuclear Fuels GmbH (ANF)-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) in der Lieferantenbetreuung Advanced Nuclear Fuels GmbH (ANF)
Karlstein Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Experte Brückenprüfung (m/w/d) in unserer Niederlassung West Die Autobahn GmbH des Bundes
Montabaur Zum Job 
Pinck Ingenieure Consulting GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Elektrotechnik Pinck Ingenieure Consulting GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
über maxmatch Personalberatung GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur / Fachplaner / Systemplaner Elektrotechnik (m/w/d) über maxmatch Personalberatung GmbH
Stuttgart, München, Ulm, Rosenheim Zum Job 
Cargill Deutschland GmbH-Firmenlogo
Maintenance Manager (m/w/d) Cargill Deutschland GmbH
Salzgitter Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur (m/w/d) konstruktiver Ingenieurbau/Brückenbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Darmstadt Zum Job 
Pinck Ingenieure Consulting GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Projektingenieur Raumlufttechnik (m/w/d) Pinck Ingenieure Consulting GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Teamleitung (m/w/d) Vergabestelle Bauleistungen Die Autobahn GmbH des Bundes
Montabaur Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) Straßenbau Die Autobahn GmbH des Bundes

Warum Keramik eine gute Lösung ist

Im Gegensatz zu den weit verbreiteten Lithium-Ionen-Batterien ist die neue Batterie regenerierbar, was ihre Lebensdauer extrem verlängert. Allerdings weist sie etwas weniger Energiedichte auf. Die Herstellung der Sauerstoff-Ionen-Batterie erfordert keine seltenen Elemente und ihre Materialien sind unbrennbar, was das Problem der Brandgefahr löst, heißt es in der Pressemitteilung.

„Wir haben schon seit längerer Zeit viel Erfahrung mit keramischen Materialien gesammelt, die man für Brennstoffzellen verwenden kann“, erklärte Alexander Schmid vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien. „Das brachte uns auf die Idee, zu untersuchen, ob solche Materialien vielleicht auch dafür geeignet wären, eine Batterie herzustellen.“

Das Forschungsteam der TU Wien hat keramische Materialien untersucht, die in der Lage sind, doppelt negativ geladene Sauerstoff-Ionen zu absorbieren und freizusetzen. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung bewegen sich die Sauerstoff-Ionen von einem keramischen Material zum anderen. Dadurch kann elektrischer Strom erzeugt werden, indem man die Ionen wieder in ihre Ausgangsposition zurückführt.

Welche Vorteile hat Sauerstoff-Ionen-Batterie

Laut Prof. Jürgen Fleig ist das Grundprinzip der neuen Batterie der Lithium-Ionen-Batterie sehr ähnlich, jedoch haben die verwendeten keramischen Materialien einige entscheidende Vorteile. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien sind keramische Materialien nicht brennbar, wodurch Brandunfälle nahezu ausgeschlossen sind. Darüber hinaus werden, wie bereits erwähnt,  keine seltenen Elemente benötigt, die entweder teuer sind oder auf umweltschädliche Weise gewonnen werden müssen.

Ein bedeutender Vorteil der neuen Batterietechnologie ist ihre außergewöhnliche Lebensdauer, wie Alexander Schmid erläutert. Viele Batterien haben das Problem, dass sich die Ladungsträger im Laufe der Zeit nicht mehr frei bewegen können, was dazu führt, dass die Batteriekapazität abnimmt und die Batterie nach vielen Ladezyklen unbrauchbar wird. Im Gegensatz dazu kann die Sauerstoff-Ionen-Batterie einfach regeneriert werden. Wenn durch Nebenreaktionen Sauerstoff verloren geht, kann der Verlust leicht durch Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausgeglichen werden.

Außerdem ist die Verwendung von Keramik sehr vorteilhaft, da sie sehr anpassungsfähig ist. Schwierig zu beschaffende Elemente können relativ einfach durch andere ersetzt werden. Der Prototyp der Batterie verwendet derzeit Lanthan, ein Element, das zwar nicht selten, aber auch nicht vollständig alltäglich ist. Es wird jedoch bereits geforscht, wie man Lanthan durch günstigere Alternativen ersetzen kann. Die Verwendung von Kobalt oder Nickel, die in vielen Batterien vorkommen, kann vollständig vermieden werden.

Hervorragende Lösung, um Solar- oder Windenergie zwischenzuspeichern

Allerdings eignet sich die neue Batterie nicht für den Einsatz in Smartphones oder Elektroautos, da die Sauerstoff-Ionen-Batterie nur etwa ein Drittel der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien aufweist und bei Temperaturen zwischen 200 und 400°C betrieben werden muss. Dennoch ist die Technologie äußerst vielversprechend für die Speicherung großer Energiemengen.

Prof. Jürgen Fleig, Tobias Huber, Alexander Schmid

Prof. Jürgen Fleig, Tobias Huber, Alexander Schmid (v.l.n.r.)

Foto: TU Wien

Alexander Schmid ist sicher: „Wenn man etwa einen großen Energiespeicher benötigt, um Solar- oder Windenergie zwischenzuspeichern, wäre die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine hervorragende Lösung“. Die geringere Energiedichte und die höhere Betriebstemperatur sind für Energiespeicher-Module in einem Gebäude nicht ausschlaggebend. Wenn man ohnehin ein Gebäude mit Energiespeicher-Modulen baut, sind die Vorteile der Sauerstoff-Ionen-Batterie besonders wichtig: die lange Lebensdauer, die Möglichkeit, große Mengen dieser Materialien ohne seltene Elemente herzustellen und die Tatsache, dass diese Batterien sicher vor Bränden sind.

Die Forschenden haben ihre Idee bereits in Advanced Energy Materials vorgestellt. „Es ist derzeit noch nicht absehbar wann diese Technologie marktreif bzw. serienreif sein wird, ich gehe aber von mindestens zehn Jahren aus. An diesem Thema arbeiten wir seit etwa eineinhalb Jahren“, sagte Alexander Schmid gegenüber ingenieur.de abschließend.

Ein Beitrag von:

  • Alexandra Ilina

    Redakteurin beim VDI-Verlag. Nach einem Journalistik-Studium an der TU-Dortmund und Volontariat ist sie seit mehreren Jahren als Social Media Managerin, Redakteurin und Buchautorin unterwegs.  Sie schreibt über Karriere und Technik.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.