Neuartige Batterie-Elektroden aus Rost

Aus einem Abfallprodukt wird Ausgangsmaterial für neuartige Elektroden: Chinesische Wissenschaftler machen aus verrosteten Edelstahlgeweben aus Filtern und Sieben Elektroden. Diese sollen über hervorragende elektrochemische Eigenschaften verfügen. Der Rost wird laut den Forschern direkt in eine kompakte Schicht einer Gitterstruktur umgewandelt, die gut Kalium-Ionen speichern kann.

Trotz der exzellenten Beständigkeit der Edelstahlgewebe komme es unter rauen Bedingungen zu einer gewissen Korrosion, wie die Gesellschaft Deutscher Chemiker aus dem Forschungsbericht zitiert. Die Metalle ließen sich im Hochofen zwar zurückgewinnen. Das sei aber ein kosten-, zeit- und energieaufwändiges Verfahren, das Emissionen verursache. Nun könnte sich mit der Umwandlung in Elektroden ein ökologisch und ökonomisch sinnvolleres Recycling auftun.

Die Wissenschaftler von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften sowie der Jilin-Universität (Changchun, China) tauchen laut Forschungsbericht die korrodierten Gewebe in eine Kalium-Ferricyanid-Lösung – auch bekannt als Schönungsmittel für Wein. Dabei würden sich Eisen-, Chrom- und Nickel-Ionen aus der Rostschicht lösen. Mit den Ferricyanid-Ionen bildeten sie das Komplexsalz Berliner Blau, ein tiefblaues Pigment, das sich als gerüstartige Nanowürfel auf der Oberfläche der Gewebe ablagere. Kalium-Ionen könnten darin leicht und rasch eingelagert und wieder freigesetzt werden.

Ausgezeichnete Kapazitäten und Zyklenstabilität

Per Tauchbeschichtung tragen die Forscher anschließend Graphenoxid auf. Die Schicht schmiege sich fest an die Nanowürfel. Bei der folgenden Reduktion werde das Graphenoxid zu reduziertem Graphenoxid (RGO) umgewandelt, Graphitlagen mit vereinzelten Sauerstoffatomen. „Die RGO-Beschichtung verhindert das Klumpen und Ablösen des aktiven Materials. Gleichzeitig erhöht sie die Leitfähigkeit deutlich und eröffnet ultraschnelle Elektronentransportwege“, wie es im Forschungsbericht in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ heißt.

In Tests hätten Knopfzellen mit den neuen Elektroden ausgezeichnete Kapazitäten, Entladespannungen, Entladungsraten sowie eine herausragende Zyklenstabilität gezeigt. Da die kostengünstigen bindemittelfreien Elektroden sehr flexibel seien, wären sie für biegsame elektronische Geräte geeignet.

Aktuell reicht die Leistungsfähigkeit von Kalium-Ionen-Akkus zwar nicht an die von Lithium-Ionen-Akkus heran. Experten sind aber davon überzeugt, dass durch Fortschritte in der Technologie diese Lücke in naher Zukunft geschlossen werden könnte. Der große Vorteil von Kalium-Ionen-Batterien: Kalium ist deutlich preiswerter als Lithium, weil es in größeren Mengen auf der Erde verfügbar ist.