Chinesische Forscher haben einen neuartigen Batterietyp entwickelt, der eine der größten Herausforderungen im Bereich der sauberen Energie lösen könnte: die Frage, wie sich Wasserstoff einfach und effizient speichern lässt.
Das Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des Instituts für chemische Physik Dalian – einer Einrichtung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften – entwickelte den ersten Prototyp einer Gas-Feststoff-Hydrid-Ionen-Batterie. Ihre Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Joule“ veröffentlicht.
Anstatt mit Lithium oder anderen gängigen Materialien funktioniert die neue Batterie mit Hydridionen – Wasserstoffionen, die über zusätzliche Elektronen verfügen – als Energieträger. Diese Ionen sind äußerst energiereich, aber unter normalen Bedingungen sehr instabil. Jahrelang taten sich Wissenschaftler schwer damit, sie direkt in Batterien einzusetzen.
Das Forschungsteam arbeitet bereits seit 2018 an dieser Herausforderung. 2023 entwickelten die Forscher zunächst ein neuartiges Material, das es Hydrid-Ionen ermöglicht, sich bei niedrigen Temperaturen stabil zu bewegen. Zwei Jahre später konstruierten sie die erste reine Feststoff-Hydrid-Ionen-Batterie. Nun ist ihnen ein weiterer bedeutender Fortschritt gelungen.
Die neue Batterie nutzt metallisches Magnesium und Wasserstoffgas als ihre beiden Elektroden. Wenn die Batterie Strom abgibt, wandelt sich der Wasserstoff in Hydrid-Ionen um, während das Metall zu einem Metallhydrid reagiert. Beim Aufladen der Batterie kehrt sich dieser Prozess um, sodass der Wasserstoff wieder freigesetzt werden kann. Dies bedeutet, dass die Batterie gleichzeitig sowohl elektrische Energie als auch Wasserstoff speichert.
Der Studie zufolge ist die Batterie in einem Temperaturbereich von minus 20 bis plus 90 Grad Celsius funktionsfähig. Ihre anfängliche Entladekapazität erreichte einen Wert von 1.526 Milliamperestunden pro Gramm. Zudem behielt sie nach 60 Lade- und Entladezyklen noch über 70 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität bei. Das Team schaltete zehn kleine Batteriezellen zu einem größeren Batteriepaket zusammen. Dieses Paket lieferte eine Spannung von über 2,4 Volt und brachte erfolgreich eine LED-Leuchte zum Leuchten.
„Die neue Batterie erreichte einen Energieeffizienzgrad von 93,9 Prozent – ein Wert, der um ein Drittel höher liegt als bei herkömmlichen thermischen Verfahren zur Wasserstoffspeicherung“, erklärte Chen Ping, eine Forscherin am Institut für chemische Physik Dalian.
Im Gegensatz zu konventionellen Speichertechnologien, die extreme Bedingungen erforderten – sei es extrem hoher Druck oder extrem niedrige Temperaturen –, arbeite diese neue Batterie bei Raumtemperatur und Normaldruck. Sie speichere den Wasserstoff in Form eines festen Metallhydrids, während die Batterie geladen oder entladen wird, wodurch sich der Einsatz teurer Hochdrucktanks oder kryotechnischer Kühlsysteme erübrige, fügte Chen hinzu.
Das Forschungsteam hat erklärt, dass es seine Bemühungen fortsetzen wird, die Leistung der Batterie zu verbessern und überlegene Materialien zu entwickeln.
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