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Alternative zu Lithium-Batterien: Forscher gelingt Durchbruch bei Kalzium-Akku

Die Herstellung von Lithium-Batterien ist aus verschiedenen Gründen problematisch. Nun scheint Forschenden ein Durchbruch bei der Entwicklung von Kalzium-Batterien gelungen zu sein.

Von Christian Bernhard
2 Min. Lesezeit
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Kalzium-Akkus sollen effizienter werden, um Alternativen zu Lithium-Batterien, wie auf diesem Bild, darzustellen. (Foto: asharkyu / Shutterstock)

Die Entwicklung der nächsten Generation von Batterien ist ein Thema, das weltweit zahlreiche Forscher:innen beschäftigt. Das liegt daran, dass der Abbau von Lithium – der Grundlage für die heute hauptsächlich benutzten Lithium-Ionen-Batterien – und seine Auswirkungen zunehmend in der Kritik stehen.

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Kalzium kommt etwa 2.500-mal häufiger als Lithium vor

Besonders die Trinkwassersicherheit von Menschen in Regionen, in denen Lithium abgebaut wird, ist gefährdet, da zahlreiche Chemikalien zum Lösen des Lithiums eingesetzt werden und nicht brauchbare Schwermetalle in die Umwelt gelangen. Zudem stecken weitere gesundheitsgefährdende Stoffe wie Nickel und Kobalt in den Lithium-Ionen-Batterien.

Eine potenzielle Alternative zu Lithium ist Kalzium, das etwa 2.500-mal häufiger vorkommt. Was die Speichereigenschaften betrifft, seien Akkus auf Kalziumbasis durchaus in der Lage, mit Lithium-Ionen-Batterien mitzuhalten, berichtet das Onlinemagazin Welt der Physik. Das bisherige Problem: Diese Batterien funktionierten erst bei Temperaturen von mehr als 75 Grad Celsius so richtig. Bei Raumtemperatur ließen sie sich bislang nur wenige Male aufladen.

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Über 700 Ladezyklen bei Raumtemperatur machen Hoffnung

Forscher:innen aus China scheint jetzt diesbezüglich ein Durchbruch gelungen zu sein. Zum ersten Mal wurde in der Fachzeitschrift Nature eine Kalzium-Luft-Batterie präsentiert, die auch bei Raumtemperatur stabil ist. Die Grundlage für diese Batterie ist Kalziumperoxid, die Kombination aus Kalzium und Sauerstoff. Das wird laut notebookcheck.com bereits in Alltagsgegenständen wie Zahnpasta, Backwaren oder Gummi verwendet.

Mit über 700 Ladezyklen bei Raumtemperatur wiesen die Batterien eine relativ hohe Kapazität von 500 Milliamperestunden pro Gramm auf – das sei fast 50 Prozent mehr als Lithium-Ionen-Batterien, die heute Laptops oder Elektroautos mit Strom versorgen, berichtet Welt der Physik, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und der Deutschen Physikalischen Gesellschaft herausgegeben wird.

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Auch in Deutschland wird an Kalzium-Batterien geforscht

Die Grundlage für diesen Forschungserfolg einer Arbeitsgruppe der Fudan Universität in Shanghai waren der geschickte Aufbau der Batterie und ein spezielles flüssiges Elektrolyt. Das sorgte dafür, dass der Ladeprozess auch bei Raumtemperatur zuverlässig funktionierte. Noch befindet sich das Projekt allerdings in der Experimentierphase, von einer Serienreife ist es laut Welt der Physik noch weit entfernt – dafür wären mindestens 1.500 Ladezyklen ohne große Leistungseinbußen nötig.

Auch Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) arbeiten mit Kalzium, um Batterien der nächsten Generation zu kreieren. „Kalzium besitzt wie Lithium eine hohe Speicherkapazität und Zellspannung“, erklärt Maximilian Fichtner, Direktor des Helmholtz-Instituts Ulm, in einer Pressemitteilung. „Es ist außerdem das fünfthäufigste Element in der Erdkruste und weltweit gleichmäßig verfügbar. Daher ist Kalzium auch viel kostengünstiger als Lithium und bietet eine stabilere Materialienlieferkette.“

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