Die Kalzium-Luft-Batterie: Eine zukunftsfähige Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus?

Lithium-Ionen-Akkus bieten dank ihrer hohen Energiedichte und Langlebigkeit enorme Vorteile und sind deshalb weltweit verbreitet. Sie stehen jedoch insbesondere wegen den knappen und schwer zu recycelnden Rohstoffen immer mal wieder in der Kritik. Die Suche nach Alternativen ist daher allgegenwärtig. Forscher aus China arbeiten nun an vielversprechenden Kalzium-Luft-Batterien.

Aktuell bilden Lithium-Ionen-Akkus den Standard. Sie weisen eine sehr hohe Energiedichte auf, die auch bei kompakter Bauweise hervorragende Leistungen erbringt und haben eine lange Lebensdauer. Doch die Nachteile des verwendeten Materials erfordern Alternativen, denn nicht nur die Gewinnung der Rohstoffe ist aufwändig, auch die Entsorgung ist kompliziert. Die Suche nach Alternativen ist daher längst im Gange, die weit vorangeschrittene Entwicklung der ressourcenschonenden Natrium-Ionen-Batterien ist nur ein Beispiel dafür.

Kalzium als Alternative

Eine weitere Alternative zu Lithium ist Kalzium. Es kommt rund 2.500-mal häufiger vor und ist in weiten Teilen der Erde vorhanden. In Bezug auf die Speicherkapazität kann Kalzium ebenfalls mithalten, problematisch war bislang nur die Temperatur, denn: die Batterien funktionierten erst bei über 75 Grad Celsius, bei Raumtemperatur waren sie bislang nicht stabil und ließen sich nur wenige Male aufladen. Nun präsentierten Forscherinnen und Forscher der Fudan-Universität in Shanghai zum ersten Mal eine Kalzium-Luft-Batterie, die auch bei Raumtemperatur performt.
Die Basis der neuen Kalzium-Luft-Batterie ist ein spezieller, vom Forschungsteam entwickelter, flüssiger Elektrolyt, sowie ein geschickter Aufbau der Batterie. Hier wird der Raum zwischen den Elektroden mit dem Elektrolyten auf Basis einer ionischen Flüssigkeit und dem Salz Ca(TFSI)₂ gefüllt. Dank dieses besonderen Elektrolyten funktioniert nun auch der Be- und Entladeprozess bei Raumtemperatur verlässlich: es wurden mehr als 700 Ladezyklen erreicht. Das entspricht einer hohen Kapazität von 500 Milliamperestunden pro Gramm – rund 50 Prozent mehr als Lithium-Ionen-Batterien.

Forschung und Ausblick

Trotz enormer Erfolge befindet sich das Projekt noch in der Entwicklungsphase. Um eine Serienreife zu erlangen, wären ca. 1.500 reibungslose Ladezyklen notwendig. Dennoch forschen nicht nur in China, sondern auch hierzulande Teams an der Weiterentwicklung der vielversprechenden Alternative, so etwa am Karlsruher Institut für Technologie (KIT): Mit einer Kalzium-Schwefel-Batterie wurden dort bereits viele Ladezyklen bei Raumtemperatur erreicht.
Sollten die Forschungen in nächster Zeit bis zur Serienreife führen, wäre nicht nur eine umweltfreundlichere Alternative zum herkömmlichen Lithium-Ionen-Akku gefunden. Die breite Verfügbarkeit von Kalzium würde die Batterie ebenfalls zu einer kostengünstigeren Option machen und somit eine stabile Lieferkette ermöglichen.

Quellen: t3n.de, Christian Bernhard, 21.02.2024
weltderphysik.de, Jan Oliver Löfken, 07.02.2024
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