Helena Braga: Selbstaufladende Batterien könnten bald Realität werden

Helena Braga, Forscherin und Professorin an der Fakultät für Ingenieurwesen der Universität Porto (FEUP), erläutert im Expresso-Podcast O Futuro do Futuro, dass selbstaufladende Batterien schon bald Realität werden könnten – und wie sie funktionieren.

2020 schuf das Team der Wissenschafterin die Grundlage für eine neuartige Batterie, die sich selbst laden kann. Möglich wird dies, indem in derselben Zelle „negative Kapazität und negativer Widerstand“ kombiniert werden.

Auch wenn solche Batterien derzeit noch kaum industriell eingesetzt werden, räumt Helena Braga ein, dass es „bald so weit sein könnte“.

Wie funktioniert diese Technologie?

Laut der Professorin sind selbstaufladende Batterien grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie Lithium-Ionen-Batterien: Sie bestehen aus einer Anode, einer Kathode und einem Elektrolyten.

Der Elektrolyt ist das Medium, in dem sich die Ionen zwischen Anode und Kathode – den Elektroden der Batterie – bewegen. Dabei werden elektrische Ladungen übertragen und elektrischer Strom erzeugt. Der Elektrolyt ermöglicht somit die Umwandlung chemischer in elektrische Energie.

Bei selbstaufladenden Batterien wird die „Arbeit, die Ionen an die richtige Stelle zu bringen, spontan im Elektrolyten erledigt“.

Wie das funktioniert? Der in diesen Batterien verwendete Elektrolyt ist fest und zugleich ferroelektrisch. Das bedeutet, dass sich „bei einer bestimmten Temperatur spontan – ohne dass Energie eingesetzt werden muss – ein Bereich des Materials mit positiver Ladung und ein Bereich mit negativer Ladung bildet; positive und negative Ladungen in einem bestimmten Abstand ergeben gespeicherte Energie“. Dadurch könnten die Kosten für die Nutzung des Stromnetzes sinken.

Neben ihrem festen Aufbau verwenden diese Batterien auch Natrium-Ionen, also Salz, da Natrium zu den am häufigsten verfügbaren Materialien zählt. Der Einsatz von Natrium in Batterien ist nicht völlig neu, allerdings verfügen die bereits bekannten Modelle über einen flüssigen Elektrolyten.

Für den Einbau dieser Batterien in Autos sei es zwar noch zu früh, doch Helena Braga ist überzeugt, dass dies möglich werden könnte.

Welche Zukunft haben Batterien?

Selbstaufladende Batterien sind nur die Spitze des Eisbergs. Im Podcast sprach die Professorin auch über eine weitere Technologie, die bald verfügbar sein könnte: drahtlose Batterien. Diese ermöglichen es, Ladevorgänge aus der Entfernung durchzuführen.

Nach Einschätzung der Forscherin sind sie „die Zukunft der Zukunft von Batterien“. Sie seien jedoch nicht die einzige Entwicklung: Festkörperbatterien mit Elektrolyten auf Basis von Natrium und Kalium seien, so Braga, „eine Gegenwart mit einem Fuß in der Zukunft“.

Langfristig könnten diese Batterien die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien sogar übertreffen. Die Wissenschafterin geht allerdings davon aus, dass Batterien mit flüssigem Elektrolyten sehr wahrscheinlich nicht völlig verschwinden werden.

Konkurrenz wird die Preise senken

Eine der grössten Herausforderungen für die Batterieindustrie sind weiterhin die Herstellungskosten. Auch dazu hat Helena Braga eine klare Einschätzung.

„Europa versucht, den Entwicklungsstand Asiens zu erreichen.“

• Helena Braga, Forscherin und Professorin

Ihr zufolge sind in Europa 39 Gigafabriken für Batterien geplant. China beginnt unterdessen bereits, die Errichtung neuer Gigafabriken im eigenen Land einzuschränken: „Die Preise werden durch den Wettbewerb sinken.“

Was die Reichweite heutiger Elektroautos betrifft, hält die Forscherin sie bereits für hoch. Als Beispiel nennt sie den Lucid Air Grand Touring, der eine Reichweite von bis zu 832 km bietet.

„Mit diesen neuen Technologien wird ein Auto mit 1000 km Reichweite bald erreichbar sein.“

• Helena Braga, Forscherin und Professorin

Quelle: Expresso