Neue Batterie-Technologie 28.03.2014, 11:30 Uhr

Dual-Ionen versprechen billigere Akkus

Neue Batterien mit höherer Energie-Speicherdichte sind derzeit mehr als gefragt. Japanische Forscher haben jetzt eine Dual-Ionen-Batterie als Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus entwickelt. 

An preiswerteren aufladbaren Batterien mit größerer Speicherdichte sind die Hersteller von Elektroautos (im Bild eine Ladestation von Tesla) äußerst interessiert. 

An preiswerteren aufladbaren Batterien mit größerer Speicherdichte sind die Hersteller von Elektroautos (im Bild eine Ladestation von Tesla) äußerst interessiert. 

Foto: Tesla

Regierungen wie Unternehmen in aller Welt fördern die Entwicklung neuer Batteriearten mit großem Nachdruck. Vor allem müssen die künftigen Batterien einfacher, preiswerter und sicherer sein, wenn sie sich künftig schnell verbreiten sollen.

Eine japanische Alternative zur Lithium-Ionen Batterie

An der Universität Tokio ist einem Forscherteam inzwischen ein Durchbruch bei der Entwicklung eines neuen Batterietyps gelungen, bei dem eine ganze Reihe von Problemen herkömmlicher Batterien nicht mehr vorkommen. So hatte die Forschergruppe unter Professor Noritka Mizuno aus dem Fachbereich für Angewandte Chemie zunächst eine wiederaufladbare „Sauerstoff-Pendel-Batterie“ entwickelt. Dabei „pendelt“ Sauerstoff zwischen Anode und Kathode hin und her. Der große Vorteil dieses Batterietyps liegt darin, dass er ohne teures Lithium oder ohne das seltene Elektrodenmaterial Kobalt auskommt und extrem sicher ist. Der Nachteil liegt allerdings darin, dass diese Batterie nur eine unbefriedigende Energiedichte aufweist.

Vom Pendel-Konzept zur Dual-Ionen-Batterie

Vor Kurzem wurde dieses Pendel-Konzept von der gleichen japanischen Forschergruppe zur „Dual-Ionen-Batterie“ weiterentwickelt. Der Name gibt bereits einen Hinweis auf das Speicherprinzip, denn im Gegensatz zur Lithium-Ionen Batterie, bei der nur eine Sorte von Ionen, nämlich Lithium-Ionen, am Speicherprozess beteiligt sind, partizipieren bei der Dual-Ionen Batterie zusätzlich die Elektrolyt-Anionen am Energiespeicher-Mechanismus.

Fundamentaler Unterschied im Lade- und Entlademechanismus

Werden in der Lithium-Ionen-Zelle die Lithium-Ionen zwischen der Anode und Kathode durch Lade- und Entladeprozesse hin- und hergeschoben, weisen die Dual-Ionen-Zellen einen fundamentalen Unterschied im Lade- und Entlademechanismus auf. Sie nutzen dabei Kalzium-Eisenoxid als Kathode, Natrium-Ionen als Elektrolyt und metallisches Natrium als Anode.

Der neue Batterietyp arbeitet mit zwei beweglichen Ionen. Dies ermöglicht, dass Lithium oder Natrium als Anode für dieselbe Kathode benutzt werden können. Die Funktion des Elektrolyt, das im Falle der Lithium-Zelle nur als Transportmedium für Lithium-Ionen zwischen beiden Elektroden fungiert, im Fall der Dual-Ionen Zelle jedoch als Aktivmaterial angesehen werden kann, macht dabei den größten Unterschied zwischen beiden Batterietypen aus.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Niedersächsische Landesamt für Bau und Liegenschaften-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) Architektur / Bauingenieurwesen Niedersächsische Landesamt für Bau und Liegenschaften
Hannover Zum Job 
ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH-Firmenlogo
Softwareentwickler (gn) ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH
Fürstenfeldbruck bei München Zum Job 
ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH-Firmenlogo
Systemingenieur Avionik / Systems Engineer Avionics (gn) ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH
Fürstenfeldbruck bei München Zum Job 
Landeshauptstadt Stuttgart-Firmenlogo
Projektleiter*in Architektur für öffentliche Bauten (m/w/d) Landeshauptstadt Stuttgart
Stuttgart Zum Job 
ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH-Firmenlogo
IT-Spezialist für IT-Systemintegration/Netzwerk-Administration in Detektions- und Abwehrsystemen (gn) ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH
Fürstenfeldbruck bei München Zum Job 
MED-EL Medical Electronics-Firmenlogo
R&D Engineer for Embedded Systems (m/f/d) Research & Development MED-EL Medical Electronics
Innsbruck (Österreich) Zum Job 
Landeshauptstadt Stuttgart-Firmenlogo
Projektleiter*in Elektrotechnik und Versorgungstechnik (m/w/d) Landeshauptstadt Stuttgart
Stuttgart Zum Job 
IMS Messsysteme GmbH-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/i) Vertrieb IMS Messsysteme GmbH
Heiligenhaus Zum Job 
pbr AG-Firmenlogo
Ingenieur:in Schwerpunkt Bauphysik pbr AG
Braunschweig Zum Job 
Energieversorgung Halle Netz GmbH-Firmenlogo
Techniker Planung (m/w/d) Energieversorgung Halle Netz GmbH
Halle (Saale) Zum Job 
MainTech Systems GmbH-Firmenlogo
Konstruktionsingenieur Maschinenbau (m/w/d) MainTech Systems GmbH
Obernburg am Main Zum Job 
MainTech Systems GmbH-Firmenlogo
Verfahrensingenieur (m/w/d) MainTech Systems GmbH
Obernburg am Main Zum Job 
MainTech Systems GmbH-Firmenlogo
Konstruktionsingenieur Anlagenbau (m/w/d) MainTech Systems GmbH
Obernburg am Main Zum Job 
Murrelektronik-Firmenlogo
Softwareentwickler (m/w/d) Murrelektronik
Oppenweiler Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur / Projektingenieur (w/m/d) für die Projektleitung im Brückenbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Nürnberg Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Flight Dynamics Engineer (m/f/d) Airbus
Manching Zum Job 
Airbus Defence and Space-Firmenlogo
System Safety Engineer (d/m/f) Airbus Defence and Space
Manching Zum Job 
Technologie- und Förderzentrum TFZ-Firmenlogo
Projektingenieurin oder Projektingenieur für Holzbrennstoffe und Festbrennstoff-Feuerungen (m/w/d) Technologie- und Förderzentrum TFZ
Straubing Zum Job 
Qioptiq Photonics GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Optische Messtechnik (w/m/d) Qioptiq Photonics GmbH & Co. KG
Göttingen Zum Job 
Qioptiq Photonics GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Fasertechnologie (w/m/d) Qioptiq Photonics GmbH & Co. KG
Göttingen Zum Job 

Kein teures Kathodenmaterial notwendig

Dual-Ionen-Batterien weisen gegenüber Lithium-Ionen oder Natrium-Batterien wesentliche Vorteile auf. Dazu gehört, dass auf den Einsatz umweltschädlicher, teurer und schwerer Übergangsmetalle wie Nickel, Kobalt oder Mangan verzichtet werden kann. Sowohl Kalzium-Eisenoxid als auch Natrium sind preiswerte und ungiftige Materialien.

Viele Anwendungsbereiche und preiswerte Akkus

Bei der Entladung werden Sauerstoffatome aus der CFeO3-Kathode topotaktisch extrahiert, das heisst über eine Festkörperreaktion, bei der Fremdatome oder Ionen in das Ausgangsgitter eingelagert werden, ohne dessen Typ zu ändern und in CaFeO2,5 umgewandelt.

Das extrahierte Sauerstoffatom reagiert mit den Natriumionen zu Natriumoxid Na2O. Diese Kathode hat eine theoretische Kapazität von 187 mA. Nach Angaben der Forscher ist das neue Konzept für vielfältige Anwendungsbereiche geeignet. Das könnte über hohe Produktions-Stückzahlen den Preis für aufladbare Batterien noch einmal deutlich reduzieren.

 

Ein Beitrag von:

  • Peter Odrich

    Peter Odrich studierte Betriebswirtschaftslehre mit Schwerpunkt Verkehrsbetriebe. Nach 28 Jahren als Wirtschaftsredakteur einer deutschen überregionalen Tageszeitung mit langer Tätigkeit in Ostasien kehrte er ins heimatliche Grossbritannien zurück. Seitdem berichtet er freiberuflich für Zeitungen und Technische Informationsdienste in verschiedenen Ländern. Dabei stehen Verkehrsthemen, Metalle und ostasiatische Themen im Vordergrund.

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.