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KIT ermittelt

Blut-Doping für Lithium-Ionen-Batterien

12. Juli 2017, 11:49 Uhr | Hagen Lang

Das Molekül Porphyrin – Eingebaut in Elektroden – steigert im Laborexperiment die Ladegeschwindigkeit von Batterien.

Nicht nur Lance Armstrong profitiert von Blutdoping. Eine Forschergruppe unter Trägerschaft des Karlsruher Instituts für Technologie hat entdeckt, dass Moleküle des am Transport von Blutsauerstoff beteiligten Moleküls Porphyrin die Ladegeschwindigkeit von Batterien deutlich steigern.

»Porphyrine kommen in der Natur sehr häufig vor und bilden das Grundgerüst des Blattgrüns (Chlorophyll), des Blutfarbstoffs von Menschen und Tieren (Hämoglobin), oder von Vitamin B12», erklärt Professor Maximilian Fichtner vom Helmholtz-Institut Ulm.

»Die Speichereigenschaften sind außergewöhnlich, weil das Material eine Speicherkapazität wie ein Batteriematerial besitzt – aber so schnell arbeitet wie ein Superkondensator«, so Fichtner. Die Ulmer Einrichtung unter Trägerschaft des KIT und Professor Mario Ruben vom Institut für Nanotechnologie des KIT haben ein neues Speichermaterial vorgestellt, dass die sehr schnelle und reversible Einlagerung von Lithium Ionen erlaubt.

Man setzt technische Varianten solcher Materialien bereits in der blauen Farbe von Laserdruckern oder Autolacken ein. Durch die Bindung funktioneller Gruppen an das Porphyrin ist es gelungen, seine speziellen Eigenschaften erstmals auch für den Einsatz in elektrochemischen Speichern zu nutzen.

Dabei wird das organische Molekül Kupferporphyrin mit funktionellen Gruppen versehen, die beim ersten Beladungsvorgang in der Batteriezelle eine strukturelle und elektrisch leitende Vernetzung des Materials herbeiführen. Dadurch wird die Struktur der Elektrode im Labor in hohem Maße stabilisiert und mehrere tausende Lade- und Entladezyklen ermöglicht .

Mit diesem Material wurden im Labor Speicherkapazitäten von 130-170 Milli-Amperestunden pro Gramm (mAh/g) gemessen – bei einer mittleren Spannung von 3 Volt – und Be- und Entladungsdauern von nur einer Minute. Aktuell betriebene Experimente deuten darauf hin, dass sich die Speicherkapazität um weitere 100 mAh/g steigern lässt und der Speicher neben Lithium auch auf mit dem wesentlich häufigeren Element Natrium betrieben werden kann.