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  • Akku für Toshiba PA3535U-1BAS

    Das Chemielabor von Prof. Birgit Esser entspricht fast schon dem Klischee: Hinter einer Schiebeglaswand viele Gefäße, Schläuche, Flüssigkeiten in allen möglichen Farben, auf der Glasscheibe alle möglichen chemische Kennzahlen in Edding geschrieben, als Besucher blickt man kaum durch.

    Wichtig ist, dass hinter dieser Glaswand aus einer gelblichen Flüssigkeit ein unscheinbares weißes Pulver entsteht: Ein organischer Kunststoff mit dem unaussprechlichem Namen (Poly)vinylphenothiacin - die Schlüsselsubstanz für die neuartigen Batterien. Es klingt zunächst seltsam: Kunststoff leitet bekanntlich keinen Strom. Deshalb wird er mit einem stromleitenden Ruß vermischt. Der wiederum macht die Mischung rabenschwarz. Die Ruß-Kunststoff-Mischung wird dann auf eine dünne Aluminiumfolie aufgetragen, daraus werden wiederum 1-cent-große Scheiben herausgeschnitten.

    Die mit rußigem Kunststoff beschichteten, ausgestanzten Aluminiumscheiben sind schon die halbe Batterie. Genauer die Kathode, also der Teil der Batterie, zu dem die Elektronen hinfließen. Das Gegenstück, die Anode, besteht für die Entwicklungsphase noch aus Lithium. „Für die Anode entwickeln wir parallel andere Materialien – ebenfalls aus organischem Kunststoff. Wir wollen am Ende eine Batterie bauen, die auf beiden Seiten aus Polymeren besteht“, sagt Esser.

    Viele Vorteile: Langlebig, schnell ladbar, biegsam - und ohne Schwermetalle
    Die Batterien, die Birgit Essers zusammen mit dem Batterieforschungszentrum in Münster entwickelt hat, hätten in der Praxis viele Vorteile. Sie sind sehr langlebig und sie lassen sich schnell laden – viel schneller als ein Handy heute. „Wir waren ganz überrascht: Wir können unsere Batterie in drei Minuten laden und entladen – und das 10.000 Mal hintereinander, bei nur 7 Prozent Verlust. Ein normaler Handy-Akku lässt nach 1000-2000 Zyklen schon deutlich nach.“

    Ein weiterer Vorteil: Da die Batterie letztlich aus einer ausgestanzten beschichten Folie besteht, ist sie biegsam. Sie würde sich damit auch für elektronische Geräte eignen, die in Textilien eingearbeitet sind – sogenannte „intelligente“ Kleidung. Aber auch für Smartphones: Die Batterie kann schließlich auch in ein Gehäuse ähnlich einer herkömmlichen Knopfbatterie eingebaut werden – wobei das ebenfalls aus Kunststoff bestehen kann.

    Dadurch ergeben sich auch Umweltvorteile: Die Batterie würde am Ende keine Schwermetalle enthalten, kein Kobalt, kein Nickel - sie wären kein Problemstoff mehr. Umweltfreundlicher wäre auch die Herstellung: Um Kunststoff zu verarbeiten, ist weniger Energie notwendig als bei Metall. Ein entscheidender Schritt bei der Entwicklung war dabei die Entwicklung des geeigneten Kunststoffs und der in ihm aktiven Molekülgruppen.
    Der Haken?

    Bleibt aus ökologischer Sicht der Minuspunkt, dass Kunststoff aus Erdöl besteht – aber auch das muss ja nicht so bleiben. Polyvenylphenothiacin ließe sich ebenso aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen.

    Die Idee, Batterien aus Kunststoffen herzustellen, ist nicht neu. Forscher aus Jena präsentierten vor zwei Jahren sogenannte Redox-Flow-Akkus, bestehend aus einer Kochsalzlösung und Membranen aus Kunststoff. Die haben auch ihre Vorteile, sind aber schlecht transportierbar, im Gegensatz zu den Kunststoff-Batterien aus Freiburg und Münster.

    Birgit Esser und ihre Kollegen haben jetzt ein Patent angemeldet. Sobald es genehmigt ist, sind Gespräche mit Industriepartnern geplant, um das Ganze größer aufzuziehen. Birgit Esser hofft so dazu beizutragen, dass herkömmliche Problemstoff-Batterien durch umweltfreundliche abgelöst werden. An den Kosten würde es jedenfalls nicht scheitern, meint sie.

    Und warum ist es nicht möglich, einen Akku zu bauen, mit dem das Handy eine Woche durchhält?
    „Das wäre möglich“, erklärt Experte Placke. „Aber dann müsste der Akku deutlich größer sein und das Handy wäre ein Klotz.“

    Die Energiedichte von Akkus lässt sich erhöhen, indem man bessere Aktivmaterialien (speichern Lithium) oder weniger inaktive Materialien (sorgen für längere Lebensdauer bzw. Sicherheit) verbaut.

    „Wenn man den Anteil an Inaktivmaterialien allerdings zu stark herabsetzt bzw. die Akkus zu dünn baut, wird insbesondere die Sicherheit aufs Spiel gesetzt“, so Experte Placke.

    Wohin das führen kann, zeigte sich im vergangenen Jahr beim Samsung-Smartphone Galaxy Note 7. In dem Modell überhitzten mehrfach die Akkus und gerieten in Brand, so dass es schließlich vom Markt genommen wurde.
    „Hier wurden die Akkus sehr dünn gebaut. Allerdings konnte die mechanische Stabilität nicht gewährleistet werden, wodurch es zu Kurzschlüssen kam.“

    Nach dem Schwung an Smartphones aus China mit einem an drei Seiten randlosen Design scheint es derzeit mehr um die Fullscreen-Ästhetik die vom Galaxy S8 und dem LG G6 angetrieben wurde zu gehen. Das neue Umidigi S2 Pro folgt diesem Trend mit einem riesigen 5,99-Zoll Display in schlankem Formfaktor und legt an einer Stelle besonders nach: der Batterie. Hier wird eine 5.100mAh Batterie verbaut, die locker zwei Tage reichen dürfte.

    Der Rest der Spezifikationen ist klassisch. Helio P25 Prozessor, 6GB RAM, 64GB Speicher, Metall-Unibody und eine Dualkamera mit 13 Megapixeln vs. 5 Megapixeln mit Sony Sensor. Im Oktober will Umidigi mit dem S2 Pro auf den Markt kommen. Man darf gespannt sein für welchen Preis. Aber wir erwarten auch da eher eine Kampfansage.

  • Akku für Dell Studio XPS 1645

    Thüringens Wissenschaftsminister Wolfgang Tiefensee (SPD) kam nach Jena und brachte einen Förderbescheid über 6,5 Millionen Euro. Das Geld dient der Ausrüstung von Laboren und Geschäftsstelle am Zentrum für Energie und Umweltchemie (englische Abkürzung: CEEC). Der Minister erkannte völlig richtig die Analogie zur Familienbescherung: „Der Onkel, der die Geschenke bringt, ist beliebter als die Tante, die Klavier spielen kann.“
    Und das klingt tatsächlich wie Weihnachten, denn die Großbatterien der Zukunft könnten ohne Leichtmetalle und seltene Erden auskommen, deren Abbau in den Herkunftsländern heute jede Menge Probleme aufwirft.

    Stattdessen werden in zwei Flüssigkeiten positiv und negativ geladene Elektrolyte getrennt voneinander gespeichert. Fließen diese an einer Membran vorbei, wird eine elektrische Spannung erzeugt. Das Tanken eines Elektroautos wäre demnach keine zeitaufwendige Angelegenheit mehr. Man könnte – wie bei Benzin – eine energiereiche Flüssigkeit auffüllen. Noch reicht die Energiedichte der Flüssigkeiten dafür aber bei Weitem nicht.

    Professor Ulrich S. Schubert, Direktor des CEEC Jena, sagte, dass das Speicherprinzip auf der Redox-Flow-Batterie beruhe – sie werde bisweilen wegen ihres Wirkprinzipes auch Flüssigbatterie oder Nasszelle genannt.

    Erfunden wurde sie Ende der 1940er Jahre in Braunschweig. Problem war bisher, dass als Speichermedium umweltschädliche Stoffe zum Einsatz kamen. Der seit 2011 aktive Forschungsverbund von Friedrich-Schiller-Uni (FSU) und Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme Hermsdorf/Dresden (IKTS) – im August 2014 offiziell als wissenschaftliches Zentrum an der FSU gegründet – entwickelt innovative Batterien und Energiespeicher. Diese kommen ohne teure und umweltgefährdende Schwermetalle und Säuren aus und nutzen stattdessen umweltfreundliche Alternativen aus Kunststoffen oder Keramiken.

    Auch die kürzlich bekannt gegebene „größte Batterie der Welt“, die in Oldenburg in Salzkavernen entstehen soll, ist auf Basis der Technik des CEEC Jena geplant. „Jena setzt mit Impulse für die Batterieforschung weit über Deutschland hinaus“, sagte Tiefensee. „Jena leistet damit Pionierarbeit für die Energiewende und schafft den notwendigen Wissenstransfer in die Thüringer Wirtschaft.“

    Das Wissenschaftsministerium, die Carl-Zeiss-Stiftung und Ernst-Abbe-Stiftung haben die Arbeit des CEEC Jena seit 2011 mit mehr als 23 Millionen Euro gefördert. Im Juni hatte die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz (GWK) von Bund und Ländern zudem grünes Licht für einen etwa 2500 Quadratmeter Nutzfläche umfassenden zweiten Forschungsbau (CEEC Jena II) gegeben, der knapp 26 Millionen Euro kosten und hälftig vom Bund und Land finanziert werden soll.

    6,5 Millionen kommen dazu, um sieben themenspezifische Forschungslabors einzurichten. Dazu sind Geräte, technisches und Verwaltungspersonal, Gebäudemieten bis zum Bezug der Neubauten und Betriebsmittel erforderlich. Auch wird das CEEC Jena eine eigene Geschäftsstelle bekommen.

    „Neben Investitionen in Beton und Stahl sind natürlich das Personal sowie die Ausstattung mit erstklassigen Forschungsgeräten entscheidend für den Erfolg eines Zentrums im hochkompetitiven internationalen Wettbewerb, gerade auch im Bereich der Energiespeicherung“, sagte Jenas Uni-Präsident Professor Walter Rosenthal. Entstehen soll das CEEC Jena II hinter dem bereits bestehenden Gebäude. Das derzeit dort stehende Haus mit dem Institut für Technische Chemie und Umweltchemie wird abgerissen.

    Exoelektrogene Bakterien sorgen für den nötigen Stromfluss

    Im Wissenschaftsjournal »Advanced Materials Technology« präsentiert die Binghamton University alle wichtigen Fakten zur neuen Bio-Batterie. Die kleine Zelle sieht aus wie ein Origami-Kunstwerk und liefert genug Strom, um eine LED-Lampe 20 Minuten lang zum Leuchten zu bringen: eine gute Leistung, dafür, dass sie tatsächlich nur aus Papier, Carbon, Wachs und gefriergetrockneten Bakterien besteht. Die genannten Bakterien sind der eigentliche Clou an dem wackeren Stromlieferanten, sie befinden sich sozusagen in dauerhafter Wartestellung, bis sie ein Tropfen Spucke aktiviert. Dann beginnen sie fleißig, außerhalb ihrer Zellwände Elektronen zur eingebauten Elektrode zu transportieren und sorgen damit für den benötigten Stromfluss. Diese seltsamen Mikroorganismen nennen sich exoelektrogene Bakterien.

    Bis der Stromfluss in Gang kommt, dauert es ein paar Minuten

    Statt der Spucke lassen sich auch andere Flüssigkeiten verwenden, die in irgendeinem Sinne Nahrung für die Bakterien enthalten: Ein Tropfen Schmutzwasser genügt durchaus als Speichelersatz, wenn sich der Batterienbesitzer zu allzu ausgetrocknet fühlt. Der wässrige Teil sorgt dafür, dass die Mikroorganismen aus ihrem Gefrierschlaf erwachen – das enthaltene organische Material ernährt die Bakterien und verleiht ihnen so den nötigen Schwung. Allerdings dauert es ein paar Minuten, bis der Stromfluss so richtig in Gang kommt, doch dafür lässt sich die Batterie ganz leicht überall mit hinnehmen und kostet in der Herstellung nur wenige Cents.

    Die Papierbatterie in ihrer jetzigen Form eignet sich vor allem für die Nutzung in Biosensoren wie Schwangerschafts- und HIV-Tests, Glukosesensoren und andere medizinische Mini-Geräte. Damit könnten sich auch Menschen in ärmeren Ländern solche wichtigen Hilfsmittel leisten, denn sie wären sehr viel kostengünstiger zu haben. Außerdem beinhalten die Bio-Batterien keine chemischen Schadstoffe und richten somit auch keinen ökologischen Schaden an. Und wenn Seokheun Choi Pläne aufgehen, kommen sie bald als gekoppelte Power-Module auf den Markt, die auch einen höheren Strombedarf decken.

    Ostfriesland ist für sein plattes Gelände und die idyllischen Küsten bekannt, die von kleinen Leuchttürmen geschmückt sind. Was eher weniger bekannt ist: Hunderte Meter unter der Erde befinden sich zahlreiche Salzstöcke. Durch das Auslösen und Abpumpen des Steinsalzes – die sogenannte Solung – geben sie riesige Kavernen frei. In den teils hunderte Meter in die Tiefe strebenden Hohlräumen werden heute schon Öl und Erdgas eingelagert. Das Unternehmen EWE will dort nun aber auch elektrische Energie abspeichern – und damit auch gleichzeitig die größte Batterie der Welt schaffen. Dafür sollen zwei der großen Hohlgebilde mit Bohrschächten und Pumpsystemen in eine Redox-Flow-Batterie umgewandelt werden.

    „Das Prinzip der Redox-Flow-Batterie kommt aus den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts“, sagt uns Ralf Riekenberg von EWE Gasspeicher, Projektleiter beim brine4power getauften Kavernenprojekt. „Die Friedrich-Schiller-Universität Jena hat dieses Batteriesystem in den letzten Jahren optimiert und mit Elektrolyten versehen, die im Vergleich zu anderen Batteriesystemen sehr umweltfreundlich sind.“ Eigentlich werden bei dieser Batteriegattung nämlich Substanzen wie Schwefelsäure und Vandium verwandt. Beim EWE-Projekt sollen es nun Salzwasser und eine mit Kunststoff-Polymeren versetzte Lösung tun. Diese werden in zwei voneinander getrennten Behältern gelagert. Treffen sie getrennt durch eine Membran aufeinander, kommt es zum Ionenaustausch: Die Energie wird als elektrischer Strom freigegeben.

  • Akku für Sony VGP-BPS2A

    Während die Politik über Verbote von Verbrennungsmotoren sinniert, leisten Akku-Entwickler echte Arbeit. Wie serienreif sind Technologien, die das Elektroauto bezahlbar und alltagstauglich machen? CHIP-Chefredakteur Sepp Reitberger gibt einen Überblick.

    Von jetzt auf gleich den Verbrenner einstampfen und auf die Elektromobilität umschwenken? Da hätten wir aber ein Ressourcen-Problem. Allein die angepeilte Jahresproduktion von 500.000 Model 3 bei Tesla mit jeweils mindestens 60 Kilowattstunden Akkukapazität bedeutet einen massiven Mehrbedarf an Lithium. Lithium ist eines der häufigsten Elemente in der Erdkruste, aber wirtschaftlich abbaubar ist es nur in den Vorkommen in Salzseen, die meisten davon in Südamerika. Die bekannten Lithium-Vorräte werden nicht ausreichen, um den weltweiten Auto- und LKW-Verkehr komplett zu elektrifizieren. Alternativen zu Lithium-basierten Akkus haben die Autokonzerne im Moment aber nicht im Ärmel.

    Selbst Supercharger sind nicht die Lösung
    Auch auf der Anwenderseite gibt es noch ungeklärte Fragen. Das Lieblings-Szenario der Elektromobilitäts-Skeptiker ist die Urlaubssaison: Wenn beispielsweise in Nordrhein-Westfalen die Ferien beginnen, bilden sich im Urlaubsverkehr schnell Rückstaus vor den Zapfsäulen an den Autobahnraststätten in Richtung Süden. Dabei sind heutige Autos aber in fünf Minuten abgefertigt.

    Die Supercharger von Tesla brauchen für eine 80- Prozent-Ladung 45 Minuten, und selbst die stärkste Ladetechnik (etwa von Porsche angekündigt: 800 Volt, bis zu 350 kW) wird ein Elektroauto mindestens 15 Minuten aufhalten. Wenn alle Autos im Urlaubsstau nach längstens 500 Kilometern so lange geladen werden müssten, bräche der Verkehr auf den Autobahnen wohl zusammen.

    Gleichzeitig wächst jedes Jahr der Anteil der erneuerbaren Energien am europäischen Strommix. Immer häufiger führt die Wetterlage dazu, dass die erzeugte Wind- und Sonnen-Energie vom Stromnetz nicht mehr aufgenommen werden können. An anderen Tagen fallen diese Stromquellen dagegen komplett aus. Autos könnten diese Problemstellung als Puffer abfangen , aber dafür wären noch mehr und größere Akkus notwendig.

    Drei Unternehmen zeigen: Fossile Treibstoffe sind nicht alternativlos
    Ist das Ziel, die Welt bis 2050 auf CO2-neutrale, also elektrische Energieversorgung umzustellen, also zum Scheitern verurteilt? Ist die derzeitige Versorgung der individuellen Mobilität mit fossiler Energie am Ende alternativlos? Drei Unternehmen geben die Antwort: Nein.

    1. Audi: Mögliche CO2-Neutralität durch e-Gas
    Audi ist zurzeit in erster Linie im Zusammenhang mit dem Dieselskandal in den Schlagzeilen. Die VW-Tocher arbeitet aber seit vielen Jahren im Hintergrund an einer Technik, die einen gewichtigen Beitrag zur CO2-Reduktion leisten könnte: Windkraftanlagen und Photovoltaik sind hier die Energiequellen, aus der die g-tron Modelle der Marke gespeist werden. Audi g-tron steht für ganz normale Verbrennungsmotoren, die statt mit Benzin mit Erdgas betrieben werden ( einen Fahrbericht lesen Sie hier). Dass das prinzipiell möglich ist, ist keine neue Erkenntnis: Die elektrische Energie fließt dazu zunächst in eine Hydrolyse-Anlage, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Der Wasserstoff könnte bereits direkt abgezapft und in den Tank eines Brennstoffzellen-Autos gefüllt werden. Audis Anlage zeigt, dass diese Art der Stromvergasung in industriellem Maßstab möglich ist.

    Das japanische Unternehmen GS Yuasa hat eine neue Generation von Lithium-Ionen-Batterien für Elektroautos entwickelt . Diese Akkus versprechen vor allem für kleine E-Autos fast die doppelte Reichweite im Vergleich zu aktuellen Modellen. Der Kleinwagen Mitsubishi i-MiEV soll damit beispielsweise bis zu 340 km schaffen, anstatt der bisherigen 170 km – ähnlich einer größeren E-Limousine oder einem Benziner.

    Die neuen Akkus sollen ab 2020 erhältlich sein. Die Produktion übernimmt Lithium Energy Japan, ein Joint Venture von Mitsubishi Corp. und Mitsubishi Motors. Hergestellt werden die Akkus in Japan. Die Auslieferung erfolgt dann an Autohersteller in Japan und Europa. Welche Auto-Modelle mit den Batterien ausgestattet werden, ist bislang noch nicht bekannt.

    Forscher haben jetzt eine neue leistungsstarke Batterie entwickelt, welche auf Papier basiert und von Speichel betrieben wird. Diese neue Batterie kann unter extremen Bedingungen eingesetzt werden, auch wenn normale Batterien nicht mehr funktionieren würden.

    Die Wissenschaftler der Binghamton University in den USA entwickelten eine Batterie, indem sie mikrobielle Brennstoffzellen mit inaktiven, gefriergetrockneten Zellen kombinierten. Nach einer Zugabe von Speichel kann diese Batterie Energie erzeugen. Die Experten veröffentlichten die Ergebnisse ihrer Studie in der Fachzeitschrift „Advanced Materials Technologies“.

    Bereits ein Tropfen Speichel führt zur Energieerzeugung
    Die neu entwickelte Batterie erzeugt bereits mit nur einem Tropfen Speichel zuverlässig Energie. Diese Batterie kann von der nächsten Generation von sogenannten Point of Care (POC) Diagnose-Plattformen verwendet werden, erläutern die Mediziner.

    Speichel ist überall leicht verfügbar
    Die Batterie hat gegenüber anderen konventionellen Strom erzeugenden Lösungen klare Vorteile, weil die biologische Flüssigkeit zur Aktivierung der On-Demand-Batterie auch bei sonst nur eingeschränkten Ressourcen leicht verfügbar ist.

    Gefriertrocknung ermöglicht langfristige Speicherung von Zellen
    Die Nutzung der Technologie zur Gefriertrocknung ermöglicht eine langfristige Speicherung von Zellen ohne Verschlechterung des Materials oder Denaturierung, sagen die Experten. Eine sogenannte Denaturierung bezeichnet eine strukturelle Veränderung von Biomolekülen, welche zu einem Verlust der biologischen Funktion der Moleküle führt, ohne dabei die Primärstruktur zu verändern.

    Besonders in Entwicklungsländern könnte die neue Batterie zum Einsatz kommen
    Vor allem für POC-Diagnoseanwendungen in Entwicklungsländern ist eine On-Demand-Mikroenergieerzeugung erforderlich, erklärt Autor Professor Seokheun Choi von der Binghamton University. Typischerweise benötigen diese Anwendungen nur eine minimale Menge von Energie, um mehrere Minuten zu funktionieren. Allerdings sind kommerzielle Batterien oder andere Energietechnologien zu teuer und überqualifiziert. Außerdem stellen sie eine Belastung für die Umwelt dar, fügt Professor Choi hinzu.

    Die Leistung der Batterie muss noch verbessert werden
    Die Wissenschaftler konzentrieren sich bei ihrer weiteren Forschung auf die Verbesserung der Leistungsdichte der neu entwickelten Batterie, so dass in Zukunft mehr Anwendungen mit Strom versorgt werden können.

    16 mikrobielle Brennstoffzellen konnten eine LED-Diode betreiben
    Insgesamt 16 mikrobielle Brennstoffzellen, welche in einer Reihe auf einem einzigen Blatt Papier verbunden sind, haben die gewünschten Werte von elektrischem Strom und Spannung erzeugt, um eine LED-Diode zu versorgen, sagen die Forscher aus den USA. Für andere elektronische Anwendungen sei allerdings eine Leistungsverbesserung erforderlich. (as)