Alle Elemente der Natur: Forscher entwickeln neue wasserbasierte Batterietechnologie

Der Prototyp der Mangan-Wasserstoff-Batterie, der Ende April in der Fachzeitschrift Nature Energy vorgestellt wurde, ist nur knapp 7 Zentimeter groß und erzeugt lediglich 20 Milliwattstunden Strom, was dem Energieniveau von LED-Taschenlampen entspricht, die an einem Schlüsselanhänger hängen. Trotz der geringen Leistung des Prototyps sind die Forscher zuversichtlich, dass es möglich sein wird, den Maßstab auf ein industriell nutzbares System skalieren zu können, das bis zu 10.000 Mal wiederaufgeladen werden kann. Dadurch würde die Batterie auf eine Lebensdauer von weit über zehn Jahren kommen.

Vielleicht ist es das fehlende Puzzleteil, um die Energiewende entscheidend voran zu bringen, denn die Mangan-Wasserstoff-Batterietechnologie kann Sonnen- und Windenergie für die Zeiten speichern, wenn die erneuerbaren Quellen gerade keinen Strom liefern können.

„Was wir getan haben, ist, ein spezielles Salz ins Wasser zu werfen, es in eine Elektrode zu füllen und eine reversible chemische Reaktion zu erzeugen, die Elektronen in Form von Wasserstoffgas speichert", erklärt Yi Cui, Professor für Materialwissenschaft an der Universität zu Stanford, den chemischen Vorgang. Im Wesentlichen haben die Forscher einen reversiblen Elektronenaustausch zwischen Wasser und Mangansulfat, einem billigen und reichlich vorhandenen Industriesalz zur Herstellung von Trockenbatterien, Düngemitteln, Papier und anderen Produkten, angeregt.

Cui schätzt, dass es angesichts der zu erwartenden Lebensdauer der wasserbasierten Batterie einen Penny kosten würde, genügend Strom zu speichern, um eine 100-Watt-Glühbirne für zwölf Stunden leuchten zu lassen. Er ist überzeugt, dass die Technologie einmal in der Lage sein wird, auch in industriellem Maßstab Energie zu speichern. Noch ist man allerdings nicht so weit. Der Prototyp (Bild rechts: Jinwei Xu/Stanford University) ist zwar vielversprechend, aber bis die Batterie wirklich in großem Maßstab gebaut werden kann, wird es noch eine Weile dauern.

Nach Schätzungen des Energieministeriums werden in den USA noch immer etwa 70 Prozent des Stroms durch Kohle- oder Erdgasanlagen erzeugt, die für 40 Prozent der Kohlendioxidemissionen des Landes verantwortlich sind. Die Umstellung auf Wind- und Solarenergie bietet zwar die Möglichkeit, diese Emissionen zu reduzieren, bringt aber die Herausforderung mit, variabel auf die unsteten natürlichen Ressourcen reagieren zu können. Auch auf schwankende Nachfrage muss das Netz reagieren können und entsprechende Reservekapazitäten bereit halten. Dazu bieten Batterien in großem Stil eine Möglichkeit.

Die neue Batterietechnologie bietet gegenüber anderen Batterien den Vorteil der geringen Kosten: So sind wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien, mit denen Handys und Laptops ausgestattet sind, zu teuer für größere Maßstäbe. Sie basieren auf seltenen Erden, weshalb die Kosten für die Stromspeicherung einer ganzen Stadt immens wären. Der Mangan-Wasserstoff-Prozess scheint da eine vielversprechende Alternative.