Eine Batterie, die in Sekunden lädt und mehr als 12.000 Ladezyklen übersteht – ein Materialmix aus Proteinen, winzigen Metallclustern und Graphen-Aerogel macht es möglich. (Bild: Redaktion/PiPaPu)
Kurzinfo: Edison-Batterie neu gedacht
- Schon Thomas Edison setzte auf Nickel-Eisen-Batterien
- UCLA-Team entwickelte nun eine moderne Variante mit Nano-Metallclustern in einem Graphen-Aerogel
- Prototyp lädt in Sekunden statt in Stunden
- Über 12.000 Ladezyklen erreicht entspricht mehr als 30 Jahre Nutzung
- Einsatzfelder sind Solarparks, Stromnetzspeicher und Datenzentren
Um 1900 war Amerika elektrischer, als man heute denkt: Auf den Straßen fuhren mehr Elektroautos als Benziner. Doch die Technik war teuer, schwerfällig – und vor allem begrenzt. Thomas Edison, sonst eher als Vater der Glühbirne bekannt, wollte das ändern. Seine Vision: eine Nickel-Eisen-Batterie, die langlebig ist, schnell lädt und Reichweiten ermöglicht, die damals fast utopisch wirkten.
Nur: Die Idee setzte sich nicht durch. Die Verbrennungsmotoren wurden besser, Benzin wurde billig, und Edisons Batterie verschwand in den Archiven der Technikgeschichte. Jetzt aber, mehr als ein Jahrhundert später, haben Forschende – darunter ein Team der University of California, Los Angeles (UCLA) – das alte Konzept neu gedacht. Mit einem Materialmix aus Proteinen, winzigen Metallclustern und hauchdünnem Graphen entstand eine Batterie, die nicht für Autos gedacht ist, aber für die Energiewende eine spannende Rolle spielen könnte.
Als Elektroautos noch die Mehrheit waren
Die Ausgangslage wirkt heute fast paradox: Elektrofahrzeuge dominierten einst die Straßen, doch ihre Batterien waren teuer und schwach. Edison setzte auf Nickel-Eisen als Alternative zur damals verbreiteten Blei-Säure-Technik. Seine Hoffnung: etwa 160 Kilometer Reichweite, schnelle Ladezeiten und lange Lebensdauer. In der Praxis blieb die Technologie jedoch hinter den Erwartungen zurück.
Die UCLA-Forschenden griffen nun genau dieses Prinzip wieder auf – und kombinierten es mit moderner Nanotechnologie. Das Ergebnis: ein Prototyp, der in Sekunden lädt und mehr als 12.000 Ladezyklen übersteht. Hochgerechnet entspricht das über 30 Jahren täglicher Nutzung.
Proteine als Baugerüst für Metall im Nanomaßstab
Der Schlüssel liegt in einem Trick aus der Natur. Knochen und Muschelschalen entstehen nicht zufällig, sondern mithilfe von Proteinen, die als Gerüst für Mineralablagerungen dienen. Genau dieses Prinzip wollten die Forschenden nachahmen.
Ric Kaner, Chemieprofessor an der UCLA und Co-Korrespondenzautor, beschreibt den biologischen Ausgangspunkt so: „Wir ließen uns davon inspirieren, wie die Natur solche Materialien ablagert.“ Entscheidend sei dabei nicht nur das Material selbst, sondern seine Struktur: „Mineralien in der richtigen Weise anzuordnen, erzeugt Knochen, die stark sind, aber flexibel genug, um nicht spröde zu sein.“
Als Proteinquelle nutzte das Team Nebenprodukte aus der Rindfleischproduktion. Die gefalteten Moleküle begrenzten das Wachstum von Nickel- und Eisenclustern auf unter fünf Nanometer.
Graphen-Aerogel: fast nur Luft, aber voller Energie
Diese winzigen Metallcluster wurden anschließend mit Graphenoxid kombiniert – einem extrem dünnen zweidimensionalen Material. Danach folgte ein Prozess aus Überhitzung, Wasserbehandlung und Hochtemperatur-Backen. Die Proteine verkohlten zu Kohlenstoff, Sauerstoff wurde entfernt, und die Metallcluster blieben eingebettet zurück.
Das Resultat: ein Aerogel, das zu fast 99 Prozent aus Luft besteht. Was nach Leichtigkeit klingt, ist für Batterien ein Vorteil. Denn viel leerer Raum bedeutet viel Oberfläche – und damit viele Reaktionsorte für die elektrochemischen Prozesse.
Oberfläche als Turbo für Ladegeschwindigkeit
Maher El-Kady von der UCLA erklärt, warum die Miniaturisierung so entscheidend ist: „Wenn wir von größeren Partikeln zu extrem kleinen Nanoclustern gehen, wird die Oberfläche dramatisch größer.“ Das habe direkte Folgen für die Leistung: „Wenn die Partikel so winzig sind, kann fast jedes einzelne Atom an der Reaktion teilnehmen. Laden und Entladen passieren viel schneller – und die Batterie arbeitet effizienter.“
So erklärt sich, warum der Prototyp in Sekunden statt in Stunden laden kann.
Nicht für Autos – aber für Solarparks und Rechenzentren
Allerdings bleibt ein Haken: Die Energiedichte erreicht nicht das Niveau heutiger Lithium-Ionen-Batterien. Für Elektroautos ist das ein Nachteil. Für stationäre Anwendungen hingegen könnte genau diese Nickel-Eisen-Technik glänzen – etwa als Speicher für Solarstrom oder als Backup in Datenzentren.
El-Kady sieht hier das eigentliche Potenzial: „Weil diese Technologie die Lebensdauer von Batterien auf Jahrzehnte verlängern könnte, wäre sie ideal für erneuerbare Energien oder als schnelle Übernahme bei Stromausfällen.“ Vielleicht ist das die Ironie der Geschichte: Edisons Batterie scheiterte einst an der Mobilität – und könnte nun ausgerechnet als ruhender Netzspeicher Karriere machen.
Originalpublikation:
Originalpublikation: Maher El-Kady et al., Protein-Templated Fe and Ni Subnanoclusters for Advanced Energy Storage and Electrocatalysis in: Small
DOI: 10.1002/smll.71528
Über den Autor / die Autorin
- Der Robo-Journalist Arty Winner betreut das Wirtschafts- und Umweltressort von Phaenomenal.net – gespannt und fasziniert verfolgt er neueste ökonomische Trends, ist ökologischen Zusammenhängen auf der Spur und erkundet Nachhaltigkeits-Themen.
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