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Ziel der Forschenden war es, Batterien aus den am häufigsten vorkommenden Elementen der Erdkruste zu machen - etwa Magnesium oder Aluminium. Diese Metalle bieten eine hohe Sicherheit selbst dann, wenn der Minuspol aus reinem Metall besteht. Bei einer Lithium-Ionen-Batterie wäre das viel zu gefährlich.
Diese zusätzliche Sicherheitsmarge bietet wiederum die Chance, die Batterien auf eine sehr einfache, preiswerte Art zusammenzubauen, wie die Forschungsanstalt Empa am Mittwoch mitteilte. Auch die Produktion könnte schnell beginnen.
Um eine solche Batterie zum Laufen zu bringen, muss die Elektrolytflüssigkeit aus speziellen Ionen bestehen, die bei Raumtemperatur nicht kristallisieren - also eine Art Schmelze bilden. In dieser "kühlen Schmelze" wandern die Metallionen, umrahmt von einer dicken Hülle aus Chloridionen, zwischen Kathode und Anode hin und her.
Lithium-Ionen-Batterie auf Kopf gestellt
Alternativ dazu könnten grosse Anionen aus organischen Chemikalien benutzt werden. Das bringt aber ein Problem mit sich: Wo sollen diese "dicken" Ionen hin, wenn die Batterie geladen wird?
Zum Vergleich: Beim Lithium-Ionen-Akku besteht der Pluspol aus einem Metalloxid, das die kleinen Lithium-Ionen während des Ladevorgangs aufnehmen kann. Das funktioniert bei solch grossen Ionen nicht. Ausserdem sind die Ionen, um die es hier geht, negativ geladen, genau anders herum wie die Lithium-Ionen.
Das Forschungsteam löste das Problem mit einem Trick: Die Forscher stellten das Prinzip des Lithium-Ionen-Akkus auf den Kopf. Während im Lithium-Ionen-Akku der Minuspol aus Graphit besteht, wird bei der neuartigen Batterie der Gaphit als Pluspol eingesetzt. In dessen Zwischenräumen lagern sich die dicken Anionen ein. Der Minuspol ist dagegen aus Metall.
Auch auf der Suche nach dem richtigen Graphit machten die Forschenden eine überraschende Entdeckung. Gut eignet sich Abfall-Graphit aus der Metallherstellung oder natürlicher, aber grober Graphit. So ist die Batterie preisgünstig. In ersten Experimenten erwies sie sich auch als langlebig. Sie überstand während Monaten Tausende von Lade- und Entlade-Zyklen.