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. Forscherinnen und 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.

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 gleich großer Akku anderer Bauweise.

Ein weiterer Vorteil der Zink-Luft-Akkus sind die verwendeten Materialien. Sie sind, anders als Lithium und andere seltene Metalle, überall auf der Welt ausreichend vorhanden. 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 eingesetzt werden. 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.

©FH Münster/Jana Schiller

Wie sich die derzeit noch vorhandenen Probleme lösen lassen könnten, daran wird unter anderem an der Fachhochschule Münster geforscht. Dort arbeiten die Forscherinnen und Forscher an einem neuartigen Zink-Luft-Akku, den sie mit Hilfe eines selbst entwickelten Batterie-Management-Systems laden und entladen wollen. Um dem funktionierenden Prototyp näher zu kommen, nutzen die Projektteilnehmerinnen und -teilnehmer in Münster unter anderem 3D-Drucker 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.

Erfahren Sie mehr über den Zink-Luft-Akkumulator in der 2. Folge unserer Podcast-Reihe „Zukunft.Machen."