Der große Vorteil von Elektroautos, so heißt es bekanntlich, ist deren erhöhte Umweltverträglichkeit im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren. Durch die so gut wie nicht vorhandenen Abgase mag der Eindruck grundsätzlich stimmen, doch die Herstellung steht in diesem Zusammenhang seit einiger Zeit in der Kritik. Nun könnte eine neue Erfindung in eine bessere Zukunft verweisen.

Elektroautos: Batterie mit organischen Materialien entwickelt

Einem Forschungsteam am renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist es nämlich gelungen, eine neuartige Batterie für Elektroautos zu entwickeln, die, sollte sie einmal Serienreife erreichen, die Klimabilanz der Stromer erheblich verbessern wird. Denn sie bietet vor allem eine Alternative zum sonst verwendeten Kobalt an.

Kobalt wird in aktuell gängigen Lithium-Ionen-Batterien für die Herstellung der Kathode genutzt. Das Metall ist zwar sehr stabil und weist eine hohe Speicherkapazität auf, doch sein Abbau ist problembehaftet. Die größten Vorkommen befinden sich in politisch angespannten Regionen, die Arbeitsbedingungen sind schlecht und es kommt zu viel giftigem Müll.

Zudem können die Preise stark schwanken und man erwartet weitere Erhöhungen, wie es in einer Pressemitteilung heißt. Doch die neue Erfindung soll all das adressieren, indem man auf organische Bestandteile setzt – man könnte sie also als eine Art Bio-Batterie bezeichnen.

Auch spannend: Dies ist nicht die erste alternative Batterie, die jemand entwickelt hat. Eine Entwicklung aus China könnte sogar die „Zukunft der Elektroautos“ sein.

So funktioniert die Bio-Batterie

Batterien mit organischen Materialien haben sich bislang nicht durchsetzen können, weil sie nicht über dieselben Speicherkapazitäten, Leitfähigkeit und Lebensdauer verfügen. Die Lösung für diese Probleme sollen laut der dazugehörigen Studie mehrere Schichten aus sogenannten Bis-Tetraaminobenzochinonen (TAQ) sein, kleine organische Moleküle.

Die Schichten können sich in alle Richtungen ausdehnen und eine Struktur erzeugen, die der von Graphit ähnelt. In den einzelnen Molekülen existieren wiederum Chinone, chemische Gruppen, die als Elektronenreservoir dienen. Zusätzlich helfen Amine dem Material, starke Wasserstoffbindungen zu bauen. Diese machen das Material stärker als andere organische Alternativen. Die Batterieelektrolyten lösen sich im Laufe der Zeit nur noch kaum auf.

Ein häufig auftretendes Problem bei Akkus ist die Bildung von Dendriten. Diese sorgen langfristig für verminderte Leistungen. Eine neue Erfindung adressiert dieses spezifische Feld – die entsprechende Batterie für Elektroautos soll 6.000 Ladezyklen erreichen können.

Schnelleres Aufladen möglich

Bis zu 2.000 Ladezyklen sollen so möglich sein und sowohl Leitfähigkeit als auch Speicher sollen mit denen aktueller Kobaltbatterien mithalten können. Und eine Kathode bestehend aus TAQ konnte das Forschungsteam sogar schneller aufladen als gängige Akkus – Elektroautos könnten damit also schneller geladen werden.

Weitere Vorteile: Die wichtigsten Materialien für TAQ-Kathoden sind Chinonvorläufer und ein Aminvorläufer. Da es sich bei ihnen um Standardchemikalien handelt, sind sie jederzeit leicht verfügbar. Das könnte die Preise stark senken – mindestens halbieren, aber nur ein Drittel des jetzigen Preises könnte möglich sein.

Ob und wann die neuen Batterien ihren Weg in tatsächliche Elektroautos finden, steht aber noch nicht fest. Der Autohersteller Lamborghini hat die Studie mitfinanziert und das Patent bereits lizenziert. Derweil möchte die Forschungsgruppe weiter an Akku-Alternativen arbeiten – als Nächstes möchte man schauen, ob das Lithium in Lithium-Ionen-Batterien durch Natrium oder Magnesium ersetzbar ist. Auch diese zwei Stoffe sind deutlich günstiger und einfacher zu bekommen.

Quellen: „A Layered Organic Cathode for High-Energy, Fast-Charging, and Long-Lasting Li-Ion Batteries“ (ACS Central Science, 2024); MIT

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