Batterie lädt sich allein durch Temperaturwechsel auf
Muss das Smartphone zum Laden immer an die Steckdose? An einem Nein als Antwort tüfteln Wissenschaftler des amerikanischen MIT: Sie haben jetzt den Prototypen einer Batterie entwickelt, der allein durch Temperaturwechsel Energie erzeugt.
Beim Prototypen der neuen Batterie aus den USA reicht Wärmeenergie aus, um den Ladungsprozess anzutreiben. Jetzt wollen die Wissenschaftler die derzeit niedrige Effizienz von ein bis zwei Prozent erhöhen.
Foto: Jose-Luis Olivares/MIT
Die Elektroden der Batterie wechseln zwischen 20 und 60 Grad Celsius ihre Polarität. Im Klartext: Mit dem Abkühlen auf 20 Grad baut sich eine Spannung auf, die Batterie entlädt sich langsam, es fließt Strom. Wird sie auf 60 Grad erhitzt, so geschieht dasselbe: Es baut sich eine Spannung auf und es fließt Strom.
Der Prototyp dieses völlig neuen Akkus braucht derzeit noch einen recht deftigen Temperaturwechsel von 20 auf 60 Grad Celsius und zurück, um zu funktionieren. In Zukunft soll aber der Temperaturwechsel von Tag und Nacht ausreichen.
Es sind schon illustre Elektroden: Einerseits wählten die Forscher als Elektrodenmaterial gelbes und rotes Blutlaugensalz, auch bekannt als Kaliumhexacyanoferrat, und andererseits den Farbstoff Preußisch Blau in Form von Nanokugeln. In ihren Experimenten war die Elektrode mit dem Preußisch Blau bei 20 Grad der Minuspol und die Elektrode mit dem Blutlaugensalz der Pluspol. Bei 60 Grad war es genau anders herum. Die elektrolytische Lösung ist eine wässrige Lösung von Salpeter, also Kaliumnitrat.
Die beiden Kammern der Batterie sind durch eine Nafionmembran voneinander getrennt. Nafion ist ein Polymer, welches aus einer Modifikation von Teflon entsteht.
Effizienz liegt derzeit nur bei zwei Prozent
Die Energieausbeute bei dem jetzt vorgestellten Prototypen ist noch sehr gering. Nach Angaben des Forschers Gang Chen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge beträgt die Effizienz bei der Umwandlung von Wärme in Strom gerade einmal ein bis zwei Prozent. Laut Chen ist das aber bereits eine Größenordnung mehr als die Ausbeute der konventionellen thermogalvanischen Zellen, mit denen ebenfalls versucht wird, allein aus der Umgebungswärme Strom zu gewinnen. Andere Forscher entwickeln derzeit Ampy, einen Akku, der sich durch Bewegungsenergie auflädt.
Derzeit benötigt die Batterie eine Temperaturdifferenz von 40 Grad Celsius, um sich automatisch aufzuladen. Zukünftig soll die Differenz beim Tag- und Nachtwechsel ausreichen.
Quelle: David L. Chandler/MIT
Chen und seine Forscherkollegen haben ihre Idee jetzt im Magazin Proceedings der US-Wissenschaftsakademie (PNAS) veröffentlicht. „Durch vorsichtiges Abstimmen der Zusammensetzung der Elektroden ist der Ladungsprozess rein durch Wärmeenergie angetrieben, und keine Elektrizität wird dazu benötigt“, schreiben die Wissenschaftler.
Langzeitversuch mit 1000 Ladungszyklen durchlaufen
Die Forscher haben ihren Prototypen auch schon mal richtig rangenommen: Im Langzeitversuch hat die Batterie 1000 Ladungszyklen ohne großen Spannungsverlust klaglos ertragen. Ein großer Vorteil ist auch der Preis: Die Elektrodenmaterialien Blutlaugensalz und Preußisch Blau sind spottbillig. Dazu kommt der recht simple Aufbau der neuartigen Batterie. Die Wissenschaftler denken zunächst an einen Einsatz ihrer Batterie, um Abwärme industrieller Prozesse zu nutzen.
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