Die Batterietechnologie steht auf dem Prüfstand

Die Geschichte der Batterie beginnt im 18. Jahrhundert mit der Erfindung der Volta’schen Säule durch Alessandro Volta um 1799. Dies war die erste praktische, elektrische Batterie, die als Stromquelle diente. Später, im frühen 19. Jahrhundert, wurde die erste wiederaufladbare Batterie, der Bleiakkumulator, von Johann Wilhelm Ritter 1803 und Wilhelm Josef Sinsteden 1854 konstruiert. Große Fortschritte bei der Batterie-Technik kamen dann im 20. Jahrhundert, vor allem die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie gab dem Sektor einen Boost.
In puncto Stromausbeute kam dann ein weiterer Schub durch den Einsatz in Elektroautos. Doch im Prinzip blieb die Funktionsweise immer dieselbe: Eine Batterie ist eine elektrische oder galvanische Zelle und somit ein elektrochemischer Energiespeicher und ein Energiewandler. Bei der Entladung wird gespeicherte chemische Energie durch die elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie umgewandelt.

Jetzt wird’s strahlend
Doch nun bahnt sich ein grundlegend neuer Ansatz bei der Technik von Batterien an: Japanischen Forschern ist es nämlich gelungen, eine wiederaufladbare Batterie zu entwickeln, die abgereichertes Uran, ein Nebenprodukt der Urananreicherung, nutzt. Sollte sich diese Lösung als praktikabel erweisen, könnte sie Atommüll in eine wertvolle Energiequelle verwandeln.
Uran wird in Kernkraftwerken zur Erzeugung kohlenstoffarmer Energie eingesetzt. Diese im Allgemeinen umweltfreundliche Stromerzeugung ist jedoch mit einer erheblichen Einschränkung verbunden: Sie erzeugt Atommüll, der derzeit weder recycelt noch zurückgewonnen werden kann. Dank der Forschungsarbeit eines Wissenschaftlerteams der japanischen Atomenergiebehörde (JAEA) könnte sich dies jedoch in Zukunft ändern.

Doc Brown im Hinterkopf
Obwohl die Idee frappant an die Art und Weise erinnert, wie Doc Brown seinen DeLorean in „Zurück in die Zukunft 2“ betankt, handelt es sich hier partout nicht um ein Science-Fiction-Konzept. Es handelt sich vielmehr um den Prototyp einer Batterie auf Basis von abgereichertem Uran mit vielversprechenden Eigenschaften.

Konkret haben die japanischen Forscher die Redox-Flow-Batterie-Technologie gewissermaßen neu erfunden. Dabei zirkulieren Flüssigkeiten mit chemischen Stoffen in einer elektrochemischen Zelle, um Energie zu speichern oder freizusetzen. Die Energie wird in zwei Tanks mit flüssigen Elektrolyten gespeichert, von denen einer positiv und der andere negativ geladen ist. Logischerweise gilt: Je größer die Kapazität der Tanks, desto größer ist auch die Fähigkeit der Batterie, Energie zu speichern und freizusetzen.

Umsetzung ist Zukunftsmusik
In diesem Fall ersetzt abgereichertes Uran Vanadium, das üblicherweise als Elektrolyt auf der negativen Seite verwendet wird, während Eisen sich um die positive Seite kümmert. Das Ziel der Wissenschaftler ist ehrgeizig: Sie wollen nun Flusszellen mit integrierten Elektroden entwickeln, um eine Batterie mit deutlich höherer Kapazität zu schaffen. Sie könnte 650 Tonnen abgereichertes Uran nutzen, um 30.000 Kilowattstunden zu speichern – das entspricht dem Tagesverbrauch von 3.000 Haushalten in Japan. Allerdings ist die Idee noch eine Weile entfernt von der Umsetzung im Alltag.

Chinesen sind schon weiter
In Japans Nachbarschaft ist man inzwischen schon ein paar Schritte weiter: Ein chinesischer Batteriehersteller hat einen Durchbruch erzielt und damit einen weltweiten Wettlauf um kompakte Kernenergie ausgelöst.

Die münzgroße Zelle von Beijing Betavolt New Energy Technology wird mit einem radioaktiven Nickelisotop betrieben wird, das zu stabilem Kupfer zerfällt. Obwohl die Ausgangszelle relativ schwach ist, lässt sie sich leicht schichten, um bis zu 50 Jahre lang deutlich mehr Strom zu liefern – und das ohne Aufladen oder Wartung.

Atombatterie ohne Müll
Die Technologie stellt einen wichtigen Schritt hin zu praxistauglichen und skalierbaren Kernenergielösungen dar. Die Vorteile der Atombatterie gehen jedoch über Langlebigkeit und Kompaktheit hinaus. Im Gegensatz zu herkömmlichen chemischen Batterien weist sie eine mehr als zehnmal höhere Energiedichte als ternäre Lithiumbatterien auf und speichert 3.300 Milliwattstunden pro Gramm. Sie ist äußerst widerstandsfähig gegenüber extremen Bedingungen und funktioniert zuverlässig bei Temperaturen von –60 °C bis +120 °C ohne Selbstentladung oder Brand- oder Explosionsgefahr.
Das Unternehmen gibt an, dass die Umweltauswirkungen der Zelle minimal sind, da der radioaktive Nickel-63-Kern mit der Zeit zu stabilem Kupfer zerfällt, wodurch kostspielige Recyclingprozesse entfallen. Der Einsatzbereich der Batterie ist erheblich: Nahezu alles, was eine langlebige Stromversorgung benötigt, ist ein potenzieller Markt.

Betavolt plant daher, noch heuer eine leistungsstärkere Ein-Watt-Version auf den Markt zu bringen. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von Unterhaltungselektronik über medizinische Geräte, Stichwort Herzschrittmacher, bis hin zu Drohnen, die ohne Aufladen dauerhaft fliegen können.