Zu Australien fallen einem Koalas, Kängurus und das Outback ein. Spitzenforschung verbindet man mit dem Land am anderen Ende der Welt weitaus seltener – sollte man aber. Forscher der RMIT Uni in Melbourne haben gezeigt, dass sie weltweit mithalten können. Sie sind die ersten, die einen wiederaufladbaren Protonen-Akku entwickelt haben.
Der Akku braucht lediglich Kohlenstoff und Wasser und verursacht keine direkten Emissionen. Er ist damit umweltfreundlicher als die bisher vorherrschenden Lithium-Ionen-Akkus und hat zudem das Potenzial, mehr Energie zu speichern. Günstiger soll er nach Angaben der Uni auch noch sein und sich für stationäre Energiespeicher, Elektrofahrzeuge oder zur Stabilisierung von Stromnetzen eignen.
Brennstoffzelle und Kohlenstoffelektrode
Der Prototyp der Protonenbatterie, den die australischen Forscher jetzt vorstellten, kombiniert eine Kohlenstoffelektrode für die Festkörperspeicherung von Wasserstoff mit einer reversiblen Brennstoffzelle zur Stromerzeugung. Während des Ladens werden Protonen, die durch Wasserspaltung in der Brennstoffzelle erzeugt werden, durch die Zellmembran geleitet und verbinden sich direkt mit dem Speichermaterial mithilfe von Elektronen. Wird Strom gebraucht, läuft der Vorgang umgekehrt. Ein großer potenzieller Vorteil ist nach Angaben der Forscher eine viel höhere Energieeffizienz als bei herkömmlichen Brennstoffzellen. Verluste bei der Verstromung würden eliminiert.
Die Kohlenstoffelektrode plus Protonen aus Wasser würden der Batterie ihren ökologischen, energetischen und potenziellen wirtschaftlichen Vorteil verleihen, sagt der leitende Forscher John Andrews. Bereits vor einigen Jahren demonstrierte das RMIT-Team, dass sich eine Protonenbatterie zur Wasserstoffspeicherung eignet. Bisher war sie aber zu schwer, zu teuer und konnte kaum wieder aufgeladen werden.
Noch ist viel zu tun
Ausgereift ist die neue Protonenbatterie, die die Wissenschaftler im International Journal of Hydrogen Energy vorstellten, allerdings noch nicht. Dennoch sei die Entwicklung ein entscheidender Schritt in Richtung billiger, nachhaltiger Protonenbatterien, erklärt Andrews. „Der Kohlenstoff, die wichtigste Ressource in unserer Batterie, ist reichlich vorhanden.“ Der Akku könne so den zukünftigen Energiebedarf decken, ohne die bereits fragile Umwelt weiter zu schädigen, so der Wissenschaftler.
Die Veränderungen hin zu mehr erneuerbarer Energie und einer Verringerung von Treibhausgasemissionen zur Bekämpfung des Klimawandels stellt aus Sicht von Andrews gewaltige Anforderungen an die Speicherung elektrischer Energie. Die Protonenbatterie sei ein vielversprechender Ansatz, um den „enormen Bedarf an Energiespeichern zu decken“. Für den Forscher fängt die Arbeit jetzt erst richtig an. Andrews will Leistung und Energiedichte verbessern und eine Protonenbatterie entwickeln, die mit Lithium-Ionen-Batterien konkurrieren kann.