Wasserbatterien: Eine vielversprechende Innovation für nachhaltige Energieversorgung

In einer Zeit, in der die Suche nach umweltfreundlichen und nachhaltigen Energiequellen immer dringlicher wird, sind langlebige und vor allem weniger umweltschädliche Batterien von entscheidender Bedeutung. Bisher basieren viele dieser Batterien auf Lithium, einem begrenzten Rohstoff, der oft unter fragwürdigen Bedingungen abgebaut wird und viele Umweltgefahren birgt. 

Eine vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus könnten Wasserbatterien sein, an denen derzeit unter anderem ein internationales Forscherteam unter der Leitung der RMIT-Universität in Australien arbeitet. Ihnen gelang kürzlich ein entscheidender Durchbruch auf dem Weg zur Marktreife dieser neuen Technologie. 

Die Wasserbatterie im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien

Nachhaltiger

Die Wasserbatterie, auch als Wasserstoff-Brennstoffzelle bekannt, könnte bald eine sichere, kostengünstige und umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Lithium-Batterien darstellen. Statt Lithium verwenden diese Batterien neben Wasser Materialien wie Zink oder Magnesium. Ressourcen, die in der Natur nicht nur reichlich vorhanden sind, sondern auch noch wesentlich weniger giftig sind. 

Recyclebar 

Zudem soll es sogar möglich sein, die Batterien sicher zu zerlegen, um die Materialien wiederzuverwenden bzw. zu recyceln. Dies senkt nicht nur die Herstellungskosten, sondern verringert insbesondere Gesundheitsrisiken und Umweltbelastungen erheblich und macht solch eine Batterie besonders nachhaltig. 

Ungefährlich

Forschern ist es gelungen, die Batterie so sicher zu machen, dass sie weder brennen noch explodieren kann. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien wären Batterien auf Wasserbasis demnach auch noch wesentlich sicherer in der Verwendung.

Funktionsweise der Wasserbatterie

In herkömmlichen Batterien erfolgt die Bewegung von Elektronen zwischen einer positiven Elektrode (Anode) und einer negativen Elektrode (Kathode) durch einen Elektrolyten. An der Anode findet eine Oxidationsreaktion statt, bei der Elektronen abgegeben werden, während an der Kathode eine Reduktionsreaktion auftritt, bei der Elektronen aufgenommen werden. Wenn Elektronen von der Kathode zur Anode fließen, speichert die Batterie Energie; in entgegengesetzter Richtung entlädt sie sich. 

Batterien auf Wasserbasis funktionieren im Prinzip genauso, nutzen als Komponenten jedoch anstatt organischer Elektrolyte einfaches Wasser, das mit Zusätzen wie anorganischen Salzen angereichert wird. Für den vergleichsweise einfachen Aufbau verwenden die Forscher zudem natürlich vorkommende und reichlich vorhandene Materialien wie Magnesium und Zink. 

Die Bildung von Dendriten, die bei Batterien häufiger vorkommt und zu Kurzschlüssen führen kann, wird mit einem cleveren Trick verhindert: Betroffene Komponenten werden mit Wismut beschichtet. Das Metall rostet und schafft so eine Schutzschicht, welche die Bildung von Dendriten zuverlässig verhindert. So kann die Wassertechnologie eine vergleichbare Lebensdauer wie herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien erreichen.

Herausforderungen in der Entwicklung

Noch sind Wasserbatterien nicht vollständig serienreif, doch nach heutigem Stand sind Forscher davon nur noch den einen oder anderen Durchbruch in der Entwicklung entfernt. Schon in wenigen Jahren könnten sie herkömmliche Batterien und Akkus ersetzen und insbesondere im Bereich der Solarenergie als umweltfreundliche Alternative eingesetzt werden. 

Optimierung der Produktionsverfahren

Um die Technologie möglichst wirtschaftlich zu machen, müssen serienreife Produktionsverfahren entwickelt werden. Das Potenzial ist hier jedoch hoch, denn laut Forschern könnten Wasserbatterien 20 bis 75 US-Dollar pro Kilowattstunde kosten. Lithium-Ionen-Batterien haben währenddessen einen Preis zwischen 150 und 300 Dollar pro Kilowattstunde.

Verbesserung der Energiedichte

Ein weiterer wichtiger Punkt in der Weiterentwicklung von Magnesium-Ionen-Batterien ist die Verbesserung der Energiedichte. Die von Forschern entwickelte Knopfzelle hat derzeit eine Energiedichte von 75 Wh pro Kilogramm. Die Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus für E-Autos liegt derzeit bei 100 – 150 Wh/kg. 

Fazit

Die Wasserbatterie bzw. Magnesium-Ionen-Batterien haben großes Potenzial, einen Durchbruch bei der Energiewende darzustellen. Laut Forschern könnten sie bereits in ein bis drei Jahren Blei-Säure-Batterien ersetzen, innerhalb von fünf bis zehn Jahren dann sogar Li-Ionen-Akkus verdrängen. Eine ideale Lösung wäre die Technologie in naher Zukunft dann insbesondere im Einsatz für große Batteriespeicher, die erforderlich sind, um Wind- und Solarenergie zu speichern. 

Häufig gestellte Fragen

Was ist eine Wasser-Batterie?

Wasserbatterien bestehen aus einer Kathode, einer Anode und einem Elektrolyt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien werden bei ihr jedoch keine Metalle, sondern Polymere verwendet. Als Elektrolyt dient dabei Wasser, das mit organischen Salzen angereichert wird. Auf Kobalt und Lithium wird bei der Herstellung gänzlich verzichtet.

Was ist das Problem mit Lithium?

Das Alkalimetall hat eine sehr begrenzte Verfügbarkeit, negative Folgen für die Umwelt beim Abbau und der Entsorgung, Sicherheitsrisiken durch thermische Instabilität, Gewicht- und Volumenbeschränkungen sowie eine begrenzte Zyklenfestigkeit.

Quellen:
https://www.n-tv.de/wissen/Wasserbatterien-sind-sicher-sauber-und-guenstig-article24789178.html
https://futurezone.at/science/wasserbatterie-energiedichte-lebensdauer-lithium-ionen-magnesium/402807409