Fortschritte bei der Zink-Luft-Batterie: Entwicklung eines langlebigen Katalysators an der TU Darmstadt
Darmstadt, 9. Oktober 2026
Zink-Luft-Batterien bieten ein erhebliches Energiespeicherpotenzial, das weit über dem von Lithium-Ionen-Akkus liegt. Dennoch sind sie bislang kaum wiederaufladbar, was ihre Anwendung einschränkt. Ein Forschungsteam um Professor Jörg J. Schneider vom Fachbereich Chemie der Technischen Universität Darmstadt hat nun ein neues Material entwickelt, das die Lade- und Entladezyklen der Batterie auf bis zu 500 erhöht.
Hintergrund und Herausforderungen
Zink-Luft-Batterien werden seit Jahrzehnten beispielsweise in Hörgeräten eingesetzt und gelten als technisch ausgereift. Ein wesentlicher Nachteil besteht jedoch darin, dass sie nach dem Entladen entsorgt werden müssen, da wiederaufladbare Varianten kaum verfügbar sind. Theoretisch können diese Batterien bis zu fünfmal mehr Energie speichern als die heute dominierenden Lithium-Ionen-Systeme. Die Schwierigkeiten liegen vor allem in der komplexen Chemie der Zelle und der begrenzten Wiederaufladbarkeit, was die technische Umsetzung erschwert und die Grundlagenforschung vor Herausforderungen stellt.
Innovativer Katalysator auf Spinell-Basis
Die Forschungsgruppe von Professor Schneider hat in der Fachzeitschrift Advanced Science ein neuartiges Material vorgestellt, das als effizienter und langlebiger Katalysator fungiert. Dieses basiert auf Spinellen, einer in der Natur häufig vorkommenden Mineralgruppe, zu der auch der Trevorit gehört – eine Verbindung aus Nickel, Eisen und Sauerstoff. Spinelle finden bereits in verschiedenen Bereichen der Chemie, Materialwissenschaft und Elektrotechnik Anwendung aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften.
Die Wissenschaftler haben nanoskalige Spinell-Partikel aus Eisen und Nickel direkt an Kohlenstoff-Nanomaterialien gebunden. Zusätzlich wurden Stickstoff und Phosphor in die Kohlenstoffoberfläche integriert. Dieses Verbundmaterial zeichnet sich durch gute elektrische Leitfähigkeit, chemische Stabilität und die Fähigkeit aus, Sauerstoff zu aktivieren – ein zentrales Element für die Funktion der Zink-Luft-Batterie.
Funktionsweise und Bedeutung der Dreiphasengrenze
- Zink-Luft-Batterien nutzen Sauerstoff aus der Umgebungsluft.
- Beim Entladen wird Sauerstoff chemisch umgesetzt, beim Laden muss er wieder freigesetzt werden.
- Diese Prozesse erfordern einen Katalysator, der beide Reaktionen zuverlässig unterstützt.
- Der neue Katalysator ermöglicht im Experiment bis zu 500 Lade- und Entladezyklen.
- Entscheidend für die Batteriefunktion ist die stabile Dreiphasengrenze, an der Katalysator, Elektrolyt und Sauerstoff zusammentreffen.
Das entwickelte Verbundmaterial sorgt für eine stabile und effiziente Dreiphasengrenze, wodurch die Batterie eine zuverlässige Leistung über viele Zyklen hinweg erbringt.
Interdisziplinäre Forschungsarbeit
Die Studie entstand an der TU Darmstadt an der Schnittstelle der Forschungsbereiche Matter and Materials (M+M) sowie Energy and Environment (E+E) und zeigt einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung wiederaufladbarer Zink-Luft-Batterien.
Weitere Informationen finden Sie unter: www.tu-darmstadt.de
Originalpublikation
S. K. Yadav, V. Trouillet, J. Lins, T. Gutmann, J. J. Schneider: Nickelferrite on Pnictogen Functionalized Carbon Nanohorns. Bifunctional ORR and OER Catalysts in Rechargeable Zinc-Air Batteries, veröffentlicht in Advanced Science, 27. September 2026.
https://doi.org/10.1002/advs.77749
