![\"\"](\"https:\/\/battery9999.com\/wp-content\/uploads\/2023\/04\/2023-04-07_095450-269x200.jpg\")
<\/p>\n27. M\u00e4rz 2023<\/p>\n
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Sauerstoff statt Lithium: Forscher haben eine neuartige Feststoffbatterie erfunden \u2013 den Sauerstoff-Ionen-Akku. Seine Elektroden bestehen aus keramischen Metalloxiden, zwischen denen beim Laden und Entladen Sauerstoff-Ionen ausgetauscht werden. Die Energiedichte dieser Batterien ist zwar niedriger als bei Lithium-Ionen-Akkus, daf\u00fcr sind sie nicht brennbar, langlebig und laufen am besten bei hohen Temperaturen. Die Sauerstoff-Ionen-Akkus k\u00f6nnten daher als Stromspeicher f\u00fcr Wind- und Solaranlagen dienen, wie das Team berichtet.<\/strong><\/span><\/p>\n Bisher sind Lithium-Ionen-Akkus allgegenw\u00e4rtig und nahezu unverzichtbar. Doch die Batterien k\u00f6nnen explodieren, haben eine begrenzte Kapazit\u00e4t und ihre Rohstoffe, darunter vor allem\u00a0Lithium<\/a>\u00a0und Kobalt, sind knapp. Deshalb suchen Wissenschaftler schon l\u00e4nger nach\u00a0Alternativen<\/a>. Im Test sind bereits verschiedene\u00a0Feststoffbatterien<\/a>\u00a0sowie alternative Elektrodenmaterialien wie Natrium, Aluminium, Silizium oder sogar das Mineral Pyrit.<\/p>\n Eine weitere Alternative haben nun Forscher der Technischen Universit\u00e4t Wien entwickelt: die Sauerstoff-Ionen-Batterie. Diese D\u00fcnnschicht-Feststoffbatterie nutzt keramische Metalloxide mit Perowskitstruktur als Elektroden. \u201eWir haben schon seit l\u00e4ngerer Zeit Erfahrung mit keramischen Materialien gesammelt, die man f\u00fcr Brennstoffzellen verwenden kann\u201c, sagt Erstautor Alexander Schmid. \u201eDas brachte uns auf die Idee, zu untersuchen, ob solche Materialien vielleicht auch daf\u00fcr geeignet w\u00e4ren, eine Batterie herzustellen.\u201c<\/p>\n Als Ladungstr\u00e4ger dienen in der neuartigen Batterie zweifach negativ geladene Sauerstoff-Ionen statt der g\u00e4ngigen Lithium-Ionen. Wird unter Luftabschluss eine Spannung angelegt, kommt es zu elektrochemischen Reaktionen, durch die diese Ionen von einer Elektrode zur anderen wandern. Beim Entladen kehrt sich dieser Prozess um. \u201eDas Grundprinzip ist eigentlich sehr \u00e4hnlich wie bei der Lithium-Ionen-Batterie\u201c, sagt Seniorautor J\u00fcrgen Fleig.<\/p>\n Konkret besteht die Kathode der neuen Feststoffbatterie aus einer Perwoskit-Verbindung aus Lanthan, Strontium und Eisenoxid (La0.6<\/sub>Sr0.4<\/sub>FeO3-\u03b4<\/sub>; LSF) und einer Anode aus Lanthan, Chrom, Strontium, Mangan und Sauerstoff (La0.5<\/sub>Sr0.5<\/sub>Cr0.2<\/sub>Mn0.8<\/sub>O3-d<\/sub>; LSCrMn). \u201eSie bestehen damit gr\u00f6\u00dftenteils aus h\u00e4ufig vorkommenden Elementen und k\u00f6nnen auf kritische Rohstoffe wie Lithium oder Kobalt v\u00f6llig verzichten\u201c, erkl\u00e4rt das Team.<\/p>\n Der Prototyp der Batterie verwendet zwar noch das relativ teure Lanthan, doch auch dieses l\u00e4sst sich k\u00fcnftig ersetzen. \u201eIn diesem Punkt ist die Verwendung von keramischen Materialien ein gro\u00dfer Vorteil, weil sie sehr gut angepasst werden k\u00f6nnen\u201c, sagt Koautor Tobias Huber. \u201eMan kann relativ problemlos bestimmte Elemente, die nur schwer zu bekommen sind, durch andere ersetzen.\u201c Entscheidend f\u00fcr die Funktion der Batterie ist nur, dass das Material Leerstellen in seinem Kristallgitter besitzt, die Sauerstoff-Ionen aufnehmen und abgeben k\u00f6nnen.<\/p>\n In ersten Tests erreichte der Sauerstoff-Ionen-Akku eine Coulomb-Effizienz von mehr als 99 Prozent und eine Energiedichte von 70 Milliwattstunden pro Kubikzentimeter. Das ist nur rund ein Drittel der Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus. Zudem erreicht der neue Akku seine besten Leistungen bei relativ hohen Temperaturen von \u00fcber 200 Grad \u2013 einem Bereich, in dem g\u00e4ngige Akkus meist nicht mehr funktionieren.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n F\u00fcr Smartphones oder Elektroautos ist das neue Batterie-Konzept daher nicht geeignet, wohl aber f\u00fcr station\u00e4re Energiespeicher beispielsweise f\u00fcr Strom aus erneuerbaren Energien. \u201eWenn man einen gro\u00dfen Energiespeicher ben\u00f6tigt, um Solar- oder Windenergie zwischenzuspeichern, w\u00e4re die Sauerstoff-Ionen-Batterie eine hervorragende L\u00f6sung\u201c, sagt Schmid. \u201eWenn man ohnehin ein ganzes Geb\u00e4ude mit Energiespeicher-Modulen errichtet, spielt die geringere Energiedichte und erh\u00f6hte Betriebstemperatur keine entscheidende Rolle.\u201c<\/p>\n Zudem hat die Sauerstoff-Ionen-Batterie einige Vorteile gegen\u00fcber g\u00e4ngigen Lithium-Ionen-Akkus: Weil sie nur aus festen, nicht brennbaren Oxiden besteht, kann sie sich nicht entz\u00fcnden. Explosionen oder Br\u00e4nde wie bei Lithium-Ionen-Akkus kommen bei ihr daher nicht vor. Noch wichtiger jedoch ist die gr\u00f6\u00dfere Langlebigkeit der Sauerstoff-Batterie. Bei g\u00e4ngigen Batterien gehen die ionischen Ladungstr\u00e4ger nach und nach durch elektrochemische Reaktionen verloren und lagern sich ab.<\/p>\n Bei der Sauerstoff-Ionen-Batterie hingegen lassen sich die Ladungstr\u00e4ger problemlos regenerieren: Wenn Sauerstoff durch Nebenreaktionen verloren geht, dann kann der Schwund einfach durch Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausgeglichen werden. Daf\u00fcr wird vor\u00fcbergehend eine dritte Elektrode angeh\u00e4ngt, die als einzige in Kontakt mit der Au\u00dfenluft steht. Sie produziert dann Sauerstoff-Ionen, die den Verlust im Akku wieder ausgleichen. Dies verleiht den Batterien eine besonders lange Lebensdauer.<\/p>\n \u201eDies steht in Kontrast beispielsweise zu Lithium-Ionen-Akkus, bei denen Lithiumverluste durch parasitische Reaktionen oft dauerhaft sind und zur irreversiblen Degradierung der Kapazit\u00e4t f\u00fchren\u201c, erkl\u00e4rt das Team.<\/p>\n Nach Ansicht der Forscher ist die neue Sauerstoff-Ionen-Batterie damit zumindest in einigen Anwendungen wie station\u00e4ren Stromspeichern eine sehr gute Alternative zu g\u00e4ngigen Lithium-Ionen-Akkus. \u201eDie St\u00e4rken unserer Batterie w\u00e4ren gerade dort besonders wichtig: Die lange Lebensdauer, die M\u00f6glichkeit, gro\u00dfe Mengen dieser Materialien ohne seltene Elemente herzustellen, und die Tatsache, dass es bei diesen Batterien keine Brandgefahr gibt\u201c, betont Schmid.<\/p>\n Das Team hat sein neues Batterie-Konzept bereits zum Patent angemeldet. Parallel dazu wird bereits an optimierten Varianten mit effizienteren keramischen Materialien als Elektroden gearbeitet. Damit lie\u00dfen sich Sch\u00e4tzungen nach Energiedichten von bis zu 140 Milliwattstunden pro Kubikzentimeter und eine Leistung von zw\u00f6lf Watt pro Kubikzentimeter erreichen. (Advanced Energy Materials, 2023;\u00a0doi: 10.1002\/aenm.202203789<\/a>)<\/p>\n![\"Funktionsprinzip\"](\"https:\/\/www.scinexx.de\/wp-content\/uploads\/o\/2\/o2batterie2g-300x190.jpg\")
<\/a>Sauerstoff-Ionen als Ladungstr\u00e4ger<\/h3>\n
Keramische Oxide als Elektroden<\/h3>\n
<\/div>\nEnergiedichte geringer als bei Lithium-Ionen-Akkus\u2026<\/h3>\n
![\"Vergleich\"](\"https:\/\/www.scinexx.de\/wp-content\/uploads\/o\/2\/o2batterie3g-300x246.jpg\")
<\/a>\u2026aber mehr Langlebigkeit und Sicherheit<\/h3>\n
Gute Alternative f\u00fcr station\u00e4re Energiespeicher<\/h3>\n
<\/div>\n