Chemiker der Technischen Universität Darmstadt haben einen Katalysator entwickelt, der die Wiederaufladbarkeit von Zink-Luft-Batterien verbessern soll. Ein Team um Professor Jörg J. Schneider kombinierte dafür Eisen-Nickel-Spinellpartikel mit funktionalisiertem Kohlenstoff. In Versuchen ermöglichte das Verbundmaterial bis zu 500 Lade- und Entladezyklen.
Zink-Luft-Batterien bieten theoretisch eine bis zu fünfmal höhere Energiedichte als Lithium-Ionen-Akkus. Ihre Wiederaufladbarkeit ist jedoch eine technische Herausforderung, da beim Laden und Entladen unterschiedliche Sauerstoffreaktionen zuverlässig ablaufen müssen. Dafür werden Katalysatoren benötigt, die beide Reaktionen effizient unterstützen und zugleich chemisch stabil bleiben.
Das Darmstädter Team verankerte wenige Nanometer große Spinellpartikel aus Eisen und Nickel auf Kohlenstoff-Nanomaterialien. Stickstoff und Phosphor in der Kohlenstoffoberfläche sollen die Eigenschaften des Verbundmaterials zusätzlich verbessern. Es verbindet elektrische Leitfähigkeit und chemische Stabilität mit katalytischer Aktivität für die Sauerstoffreaktionen.
Eine zentrale Rolle spielt dabei die sogenannte Dreiphasengrenze, an der Katalysator, flüssiger Elektrolyt und Sauerstoff zusammentreffen. Ihre Stabilität ist entscheidend für den Batteriebetrieb. Das neue Material schafft hierfür günstige Bedingungen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht. Bis zur praktischen Anwendung in langlebigen, wiederaufladbaren Batterien sind weitere Entwicklungsschritte erforderlich. (oe)
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; In Advanced Science, first published 27 September 2026