Einige der größten Innovationen der Welt sind durch Zufall entstanden, und dies könnte die letzte sein, die sich dieser Liste anschließt. Ein Doktorand an der Universität von Kalifornien in Irvine entdeckte beim Herumspielen im Labor zufällig eine wiederaufladbare Batterie, die bis zu 400 Jahre halten kann.
Die zufällige wiederaufladbare Batterie
Mya Le Thai ist eine der Forscherinnen, die im Labor von Reginald Penner, Leiter der Chemieabteilung, an der Nanodrahttechnologie arbeiten. Dabei handelt es sich um winzige leitfähige Drähte, die für wiederaufladbare Batterien von großem Nutzen sein könnten. Das Team war auf ein großes Hindernis gestoßen: Die Drähte sind extrem zerbrechlich. Nach einer bestimmten Anzahl von Ladezyklen fangen sie an, auszufransen und zu brechen und funktionieren dann nicht mehr. (1)
Als Mya eines Tages im Labor arbeitete, beschloss sie, den flüssigen Elektrolyten, der die Nanodrähte umgibt, durch einen aus Gel bestehenden zu ersetzen. Als sie begann, die Batterien zu wechseln, erlebte das gesamte Team eine große Überraschung: Die Batterien durchliefen Tausende von Ladezyklen ohne jegliche Anzeichen von Verschleiß. (1)
“Sie begann, diese Gelkondensatoren zu zyklieren, und da erlebten wir die Überraschung”, sagte Penner. “Sie sagte: ‘Das Ding hat 10.000 Zyklen durchlaufen, und es läuft immer noch’. Ein paar Tage später kam sie zurück und sagte: ‘Es hat 30.000 Zyklen durchlaufen. Das ging einen Monat lang so weiter.” (1)
Zum Vergleich: Die typische Lebensdauer eines Laptop-Akkus liegt zwischen 300 und 500 Zyklen. (2) Das bedeutet, dass wir ultra-langlebige Batterien haben könnten, so dass weniger Laptops, Telefone und Lithium-Ionen-Batterien auf Mülldeponien landen. (1)
“Wenn man 100.000 Zyklen aus einer Lithium-Ionen-Batterie herausholen könnte, würde das bedeuten, dass man nie zwei von ihnen kaufen müsste”, sagt Penner. “Wir sprechen hier von einer Lebensdauer von 20 Jahren, vielleicht sogar noch länger.” (2)
Wie es funktioniert
Die Forscher sind sich derzeit nicht sicher, warum das Gel die Nanodrähte weniger abbaut als andere Flüssigkeiten, aber sie wissen im Allgemeinen, wie die verschiedenen Flüssigkeitstypen funktionieren. (1)
Laut Penner bestehen die Nanodrähte aus Magnesiumoxid, sind zu 80 % porös und hundertmal dünner als ein menschliches Haar. Das Gel ist etwa so dick wie Erdnussbutter. (1)
Während die Drähte Zyklus für Zyklus durchlaufen, sickert das Gel langsam in die Poren der Drähte. Dadurch werden die Drähte weicher und damit weniger zerbrechlich, so dass sie länger halten. (1)
“Nach 5.000 Zyklen mit normaler Flüssigkeit beginnen [die Nanodrähte] zu brechen”, sagt Penner. “Und dann beginnen sie abzufallen. Nichts davon passiert in dem Gel.” (1)
Das Team wird weiter mit diesen in Gel eingewickelten Nanodrahtbatterien experimentieren, um zu untersuchen, wie gut sie sich im Laufe der Zeit halten. Wenn sie erfolgreich sind, könnten sie schließlich ein regulärer Bestandteil von Batterien mit langer Lebensdauer sein. Auch wenn das noch einige Jahre entfernt ist, ist Myas Entdeckung sicherlich eine spannende Sache. (1)
Das Problem mit Lithium-Ionen-Batterien
Obwohl diese Batterien viele Innovationen wie Handys und Laptops zu dem gemacht haben, was sie heute sind, sind diese Batterien nicht ohne Risiken. (3) Der Abbau von Lithium hat viele Umweltprobleme verursacht, darunter (3):
- Chemikalienlecks, die Flüsse verschmutzen und Wildtiere töten
- Verschmutzung von Bewässerungsflüssen und Ernten
- Massiver Wasserverbrauch (bis zu 65 %) in den Regionen, in denen Minen betrieben werden
- Batterieflüssigkeit, die in Deponien ausläuft und den Boden verschmutzt
Dies sind nur einige der Probleme, mit denen wir konfrontiert werden, wenn wir Lithium-Ionen-Batterien weiterhin in unserem derzeitigen Tempo verwenden. (3) Es bleibt zu hoffen, dass all diese neuen Innovationen im Bereich der batteriebetriebenen Energie die Energiewelt verändern und eine nachhaltigere Zukunft schaffen werden.
Quellen:
- “Did Scientists Stumble on a Battery that Lasts Forever?” Smithsonian Mag. Emily Matchar. May 2, 2016.
- “A student accidentally created a rechargeable battery that could last 400 years.” Upworthy. Tod Perry.
- “Is the Nobel Prize-winning lithium-ion battery really having a positive impact on the environment?” NS Energy. James Murray. October 14, 2019.
