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Hochleistungs-Batterien aus Schrott und Waschmittel

Einem Forscherteam an der Vanderbilt University in Tennesse soll es gelungen sein, leistungsfähige Stahl-Messing-Akkus aus Metall vom Schrottplatz und mit Haushaltschemikalien zu bauen.

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Hochleistungs-Batterien aus Schrott herstellen

Prototyp der Schrottplatzbatterie

(Bild: Daniel Dubois / Vanderbilt University )

Stahl- und Messingreste, die vom Schrottplatz stammen können, ergeben in einem Glasbehälter zusammen mit Kaliumhydroxid aus gewöhnlichem Waschmittel einen Akkumulator, der gängigen Blei-Säure-Batterien ähnelt. Dieser soll laut ACS Energy Letters eine Zellspannung von 1,8 V abgeben und eine Energiedichte von bis zu 20 Wh/kg aufweisen.

Prototyp der Hochleistungs-Schrottplatz-Batterie, die eine LED versorgt. Der nächste Schritt der Forscher wird es sein, eine große Version zu produzieren, die für den Einsatz in energieeffizienten Smart-Homes geeignet ist.

(Bild:  Pint Lab / Vanderbilt University )

Zum Vergleich: Zink-Kohle-Batterien weisen 65 Wh/kg und Li-Ionen-Akku mehr als 160 Wh/kg auf. Das Forscherteam der Vanderbilt University in Tennesse, welches aus Studierenden und Absolventen eines interdisziplinären Programms aus Materialwissenschaften und dem Fachbereich Maschinenbau besteht, hofft mit ihrer Entwicklung Tonnen von jährlich entsorgtem Metallschrott als Energiespeicher für die erneuerbaren Energienetze der Zukunft nutzen zu können.

Bevor die Batterie als solche verwendet werden kann und bis zu 5000 Ladezyklen verträgt, ist eine Anodisierung erforderlich. Das wichtigste Anodisierungsverfahren ist das Eloxal-Verfahren der Anodisierung von Aluminium. Durch Elektrolyse in einem Bad einer weiteren, nicht genannten Flüssigkeit (vermutlich Salzsäure) aus Haushaltschemikalien wird eine Oxidschicht auf dem Metall aufgebaut beziehungsweise verstärkt. Wie die Forscher entdeckten, bildet sich dabei ein Netzwerk aus Metalloxiden in Nanometer-Größe, welches in der Lage ist, Energie zu speichern und wieder abzugeben.

Dies ist der entscheidende Unterschied zu einer Primärzelle in Form eines galvanischen Elements (das vielen in Form einer Kartoffel- oder Zitronen-Batterie bekannt sein dürfte), bei dem zwei unterschiedliche Metalle in einer Säure solange Elektronen freisetzen, bis ein elektrochemisches Gleichgewicht herrscht.

Making high-performance batteries from junkyard scraps

Das Vanderbilt-Team wurde von der etwa 2000 Jahre alten Bagdad-Batterie inspiriert, von der einige glauben, dass es die älteste Batterie der Welt ist. Sie bestand aus einem keramischen Terrakotta-Topf, einem Kupferblech und einem Eisenstab, die zusammen mit Spuren von Elektrolyt gefunden wurden. Obwohl diese Interpretation der Artefakte umstritten ist, beeinflusste die einfache Konstruktionsart das Design des Forschungsteams.

Interessant könnte die Altmetall-Batterie für die Maker-Bewegung sein, glauben die Forscher: Sie hoffen, dass zukünftig Einzelpersonen selber ihre Batterien bauen und nicht mehr auf große Produktionsanlagen angewiesen sind.

[Update 14.11.2016 - 13:42] Inzwischen ist ein Dokument mit zusätzlichen Informationen (Supporting information. From the Junkyard to the Power Grid: Ambient Processing of Scrap Metals into Nanostructured Electrodes for Ultrafast Rechargeable Batteries) von den Autoren online als PDF frei verfügbar. Dort wird kurz beschrieben, wie die Eisenoxid-Nanostäben und Kupferoxid-Nanodornen angeblich hergestellt wurden. Zudem ist eine Zutatenliste angefügt, die 37%-ige Salzsäure, Kaliumhydroxid (Ätzkali), Ammoniumfluorid und Ethylenglycol sowie deren einfache Bezugsmöglichkeiten aufführt. Weiterhin wird im Dokument noch einmal verdeutlicht, dass sich die Bezeichnung als wiederaufladbare Hochleistungs-Batterie auf die schnelle Ladefähigkeit der Zellen beziehen soll und wieso es sich nicht um einen Kondensator handelt. (fls)