Silizium-Luft-Batterie erreicht erstmals eine Laufzeit von über 1.000 Stunden

Silizium-Luft-Batterien gelten als vielversprechende und preiswerte Alternative zu gegenwärtigen Energiespeicher-Technologien. Allerdings erreichten sie bisher nur Laufzeiten von wenigen Minuten. Jülicher Forscher haben nun herausgefunden, warum: Es liegt am Verbrauch des Elektrolyten. Additive könnten hier helfen.

Silizium-Luft-Batterien sind umweltfreundlich
Silizium-Luft-Batterien haben theoretisch eine weitaus höhere Energiedichte und sind kleiner und leichter als heutige Lithium-Ionen-Akkus. Außerdem sind sie umweltfreundlich und unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen. Ihr wichtigster Vorteil jedoch ist das Material: Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element der Erde; Es ist billig und nahezu unbegrenzt verfügbar.
Doch bisher hat die Silizium-Luft-Batterie noch ein paar entscheidende Schönheitsfehler: Nach relativ kurzer Zeit stoppt der Stromfluss. Über die Gründe wurde viel spekuliert: Es wurde vermutet, dass sich spontan eine Schutzschicht auf der Siliziumanode bildet, der Elektrolyt nicht geeignet ist oder es Probleme mit der Luft-Elektrode gibt.
Versuche, das Problem durch Verbesserungen dieser Komponenten zu beheben, erwiesen sich jedoch als wenig erfolgreich. Das beste Ergebnis ergab der Einsatz eines speziellen, hochwertigen Elektrolyten auf Basis einer ionischen Flüssigkeit. Der steigerte die Lebensdauer der Batterie auf mehrere hundert Stunden. Dies widersprach allerdings der Grundidee, eine preiswerte Alternative zu den Lithium-Ionen-Batterien zu schaffen.

Elektrolytflüssigkeit wird von Zeit zu Zeit nachgefüllt
Die Wissenschaftler des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung vermuteten eine andere Ursache für die kurze Laufzeit: den Verbrauch des Elektrolyten. Sie entwickelten ein Pumpensystem, mit dem die Elektrolytflüssigkeit von Zeit zu Zeit nachgefüllt wurde. „Bleibt die Siliziumanode in Kontakt mit dem Elektrolyten, läuft die Batterie“, erklärt Hermann Tempel. Damit erreichten sie eine Laufzeit von über 1.100 Stunden. „Bis das Silizium komplett aufgebraucht ist. Danach kann die Batterie durch das Auswechseln der Anode – sozusagen mechanisch – wieder aufgeladen werden.“
Nun suchen die Wissenschaftler nach einem Weg, die Batterie am Laufen zu halten, ohne den Elektrolyt nachfüllen zu müssen. „Wir müssen die Selbstentladung der Batterie unterdrücken“, erklärt Tempel. Denn die führe dazu, dass die Elektrolytflüssigkeit verbraucht wird. Additive im Elektrolyt könnten hier helfen. „Die Batterie ist immer noch nicht perfekt, aber jetzt wissen wir, woran wir arbeiten müssen.“