Zink-Luft-Akkumulator

Auf der Suche nach dem besseren Akku

Unsere Gesellschaft braucht Elektrizität – überall und jederzeit verfügbar. Kein Wunder also, dass Akkus in Zeiten von Smartphone, Laptops und Elektroautos aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken sind. Doch aktuelle Technologien haben auch Nachteile – wie etwa den Einsatz seltener Materialien, die nur mit großen Eingriffen in die Umwelt gewonnen werden können. Forscher suchen daher nach alternativen Möglichkeiten. Und haben eine Technologie wiederentdeckt, die es in ihrer Grundform bereits seit den 1970er-Jahren gibt: den Zink-Luft-Akku.

Ohne Strom geht heutzutage kaum noch etwas – und wenn gerade keine Steckdose in der Nähe ist, tut es eben ein sogenannter Akkumulator. Oder schlicht und kurz: Akku beziehungsweise auch Batterie. Derzeit am bekanntesten sind die Lithium-Ionen-Akkus, die sich vor allem in Laptops, Smartphones und Elektroautos finden. Doch wer in den vergangenen Monaten die Debatten und Artikel in den Medien verfolgt hat, der weiß, dass gerade die Umweltverträglichkeit eine große Schwäche dieser Akkus ist. Die dort verwendeten Materialien sind selten und können nur durch schwere Eingriffe in die Natur gewonnen werden, die überall auf der Welt immer stärkere Spuren hinterlassen.

Forscher suchen deshalb schon lange nach Alternativen und leistungsfähigeren Systemen, anderen Komponenten und neuen Materialien, um Akkus besser zu machen. Immer wieder im Fokus stehen dabei die sogenannten Zink-Luft-Akkus. Wie auch bei den Lithium-Ionen-Akkus verrät hier der Name bereits, was – ganz vereinfacht ausgedrückt – diesen Akku ausmacht, woraus er besteht und wie er funktioniert: der Zink in der Zelle reagiert mit dem Sauerstoff aus der Luft. Weil es im Gegensatz zu anderen Arten von Batterien nur einen Stoff gibt, der mit einem anderen reagiert (in dem Fall der Zink mit dem Sauerstoff), haben Zink-Luft-Akkus eine sehr hohe Energiedichte – das heißt: sie liefern mehr Strom als ein gleichgroßer Akkus anderer Bauweise.

Ein weiterer Vorteil der Zink-Luft-Akkus, die es in ihrer Grundform bereits seit den 1970er Jahren gibt, sind die verwendeten Materialien, die es im Gegensatz zu Lithium und anderen seltenen Metallen überall auf der Welt ausreichend gibt. Dadurch verspricht die Technik neben der Energiedichte auch eine günstige Kosten- und Umweltbilanz im Vergleich zu anderen

Technologien. Doch es gibt auch Gründe, dass Zink-Luft-Akkus bislang nur in Nischen wie etwa in Hörgeräten zu finden sind. Denn weil bei der Reaktion des Zinks mit dem Sauerstoff in der Luft Zinkoxid entsteht, lassen sich Zink-Luft-Batterien nur schwer wiederaufladen. Dafür müsste nämlich das Zinkoxid zurückverwandelt werden in Zink, was in der Praxis zu kristallinen Ablagerungen führt, die wiederum Kurzschlüsse und Defekte mit sich bringen.

Das System ist also noch lange nicht perfekt, aber das Potenzial ist da. Wie sich die derzeit noch vorhandenen Probleme lösen lassen könnten, daran wird unter anderem an der Fachhochschule Münster geforscht. Dort arbeiten die Forscher an einem neuartigen Zink-Luft-Akku, den sie mit Hilfe eines eigenentwickelten Batterie-Management-Systems laden und entladen wollen. Um dem funktionierenden Prototyp näher zu kommen, nutzen die Projektteilnehmer in Münster unter anderem 3D-Druckern zur Erstellung des Zellengehäuses, experimentieren mit unterschiedlichen Sensoren, testen verschiedene Anwendungsszenarien und untersuchen mit der sogenannten Impedanzspektroskopie die Lade- und Entlade-Charakteristik sowie den Ladezustand der Zelle. Am Ende soll so ein funktionsfähiger Demonstrator entstehen.



Facts & Figures

1.218.335 Euro Gesamtinvestition
davon
595.200 Euro EFRE Fördermittel
270.276 Euro NRW Landesmittel


Projektpartner

KUNKEL + Partner Ingenieure GmbH
EMG Automation GmbH
Fachhochschule Münster


Schwerpunkt

Verbesserung der Innovationsfähigkeit von Unternehmen


Laufzeit

01.05.2016 bis 30.06.2020