Neue Protonenbatterie ist leistungsfähiger, sicherer und nachhaltiger als umweltschädigende Lithium-Ionen-Batterie

Forschern der UNSW Sydney ist es gelungen, eine neue organische Protonenbatterie zu entwickeln. Ihr Herzstück ist eine organische Verbindung namens Tetraamino-Benzochinon (TABQ). Die Wissenschaftler sind begeistert, denn die Batterie stellt eine praktikable und nachhaltige Alternative zum derzeitigen Lithium-Standard dar und bietet mehrere Vorteile gegenüber älteren Technologien.

Ein wesentlicher Pluspunkt von Protonenbatterien gegenüber Lithium-Ionen-Batterien ist, dass sie nicht auf Lithium angewiesen sind. Lithium ist eine begrenzte Ressource, die weltweit nicht gleichmäßig verfügbar ist, was häufig zu Versorgungsproblemen und Handelskonflikten führt. Außerdem ist Lithium bei unsachgemäßer Handhabung gefährlich und zudem schwer zu recyceln.

Stattdessen verwendet die Protonenbatterie TABQ, eine molekular modifizierte Version von Tetrachlorbenzochinon oder TCBQ. TCBQ ist bereits bekannt und wird als Elektrodenmaterial verwendet, ist aber nicht effizient genug, um die Aufgaben einer Batterie zu erfüllen, nämlich chemische Energie zu speichern und in elektrische Energie umzuwandeln. Glücklicherweise ist TCBQ der perfekte Ausgangspunkt für TABQ, da es eine Struktur besitzt, die viel besser für die Aufnahme von Protonen geeignet ist.

Wie andere Batterien wandeln auch Protonenbatterien chemische Energie mit Hilfe einer Anode und einer Kathode in elektrische Energie um. In den neuen Protonenbatterien wird TABQ aufgrund seiner hervorragenden Fähigkeit, Protonen zu speichern, als Anode und TCBQ als Kathode verwendet. Durch die Verwendung von Wasser als Elektrolyt ermöglichen die Forscher den freien Fluss der Protonen zwischen den beiden Elektroden.

Wasser hat gegenüber Lithium den Vorteil, dass es im Gegensatz zu den leicht entflammbaren Lithiumsalzen in Lithium-Ionen-Batterien nicht so leicht Feuer fängt (Ironie). Zusätzlich hilft Wasser dabei, dass die beiden Materialien Elektronen austauschen können. Dieser Austausch, den man auch als Redoxreaktion bezeichnet, ist dafür verantwortlich, dass die Batterie überhaupt funktioniert.

Die ersten Versuche mit der Batterie sind vielversprechend. Die Batterie hat 3.500 Ladezyklen erfolgreich überstanden und konnte in vielerlei Hinsicht überzeugen. Sie verfügt über eine hohe Energiedichte, die auf die hohe Kapazität und die starke Affinität von TABQ zu Protonen zurückzuführen ist. Die schnelle Bewegung der Protonen ermöglicht kürzere Ladezeiten, da sie als Ladungsträger wesentlich schneller transportiert werden können als Lithium-Ionen.

Darüber hinaus führt die Verwendung von Wasser als Elektrolyt zu einer höheren Sicherheit, da Wasser im Gegensatz zu den organischen Lösungsmitteln in Lithium-Ionen-Batterien nicht direkt brennbar ist. Trotz der derzeit hohen Produktionskosten hat TABQ den Vorteil, dass es aus weit verbreiteten organischen Materialien hergestellt werden kann. Es ist zu hoffen, dass diese viel versprechenden Ergebnisse die Entwicklung dieser leistungsfähigen und umweltfreundlichen Technologie beschleunigen werden.