Yiying Wu, Professor für Chemie und Biochemie an der Universität von Ohio, ist ein Kunststück gelungen: Er hat eine Solarzelle, die auf Titandioxid basiert, mit einer Batterie kombiniert, die Energie durch Umwandlung von Kaliumoxid in Kalium speichert. Die frisch erzeugte Elektrizität wird in der Zelle gleich gespeichert, wenn sie keinen direkten Abnehmer findet. Yiying Wu glaubt, dass die Kombination aus Solarzelle und Batterie die Kosten um 25 Prozent senkt. Er will das System der Industrie in Lizenz überlassen.
Das neue Konzept verhindert auch den Verlust von Elektronen auf dem Weg von der Zelle zur externen Batterie und damit von Strom. Üblicherweise kommen nur 80 Prozent der in der Solarzelle erzeugten Elektronen im Speicher an, so der Chemieprofessor. In seinem System sind es nahezu 100 Prozent.
Im Akku wird Lithium durch Kalium ersetzt
Statt Kalium setzen die amerikanischen Ingenieure in der Batterie Lithium ein. Beim Laden verwandelt sich Lithiumperoxid in Lithiumionen und Sauerstoff. Letzteren atmet das Kombisystem aus. Beim Entladen kehrt sich der Vorgang um. In der Solarzelle kombinierten sie zunächst Titandioxid und Ruthenium. Dabei machten sie eine Erfahrung, die andere schon früher gemacht haben.
Schon nach acht Stunden war der Wirkungsgrad auf einen inakzeptablen Wert gesunken. Als sie statt des Rutheniums schlichten Eisenrost einsetzten, war das Problem behoben.
Feines Titangeflecht statt festen Materials
„Im Grunde ist es eine atmende Batterie“, sagt Wu. „Sie atmet ein, wenn sie entladen wird, und sie atmet aus, wenn Strom hineinfließt.“ Eine normale Solarzelle lässt diesen Prozess nicht zu, weil sie aus einem festen Material besteht wie Silizium, das keine Luft durchlässt.
Die US-Wissenschaftler lösten das Problem durch ein feines Geflecht aus Titan, auf dem sie feine Stengel aus Titandioxid wachsen ließen. Die dünnen Fädchen fangen das Sonnenlicht ein und die Luft strömt ungehindert durch das Geflecht.
Die Kalium-Luft-Batterie hat bereits einen Preis gewonnen. Das US-Departement of Energy machte für die innovative Entwicklung 100.000 Dollar locker, die in die Entwicklung der Speicherzelle flossen. Zur Vermarktung der Batterie gründeten Yiying Wu und sein Mitentwickler und Doktorand Xiaodi Ren ein Spin-off mit Namen KAir Energy Systems.
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