Sicher wie Tofu-Brühe: Wasserbasierte Batterie aus China hält 120.000 Ladezyklen

Batteriespeicher entscheiden darüber, ob Strom aus Wind und Sonne verlässlich zur Verfügung steht. Gleichzeitig bergen viele heutige Systeme Risiken: Lithium-Ionen-Batterien enthalten brennbare Elektrolyte, können bei Beschädigung in Brand geraten und erfordern aufwendige Entsorgung. Eine neue wasserbasierte Batterie aus China verspricht hier einen anderen Ansatz. Sie arbeitet mit einem neutralen Elektrolyten, ist nicht toxisch und erreicht mehr als 120.000 Ladezyklen – ein Wert, der deutlich über dem liegt, was gängige Akkus leisten.

Die Arbeit erschien in Nature Communications. Beteiligt waren Forscher der City University of Hong Kong, der Southern University of Science and Technology, der Yanan University und des Songshan Lake Materials Laboratory.

Neutrale Chemie ersetzt brennbare Flüssigkeiten

Anders als viele wässrige Batteriesysteme setzt diese Entwicklung nicht auf stark saure oder alkalische Lösungen, sondern auf eine neutrale Elektrolytlösung mit einem pH-Wert von 7. Sie ist damit chemisch neutral und laut den Forschern vergleichbar mit Tofu-Wasser. Die Autoren schreiben, ihr System liefere „außergewöhnliche Langzeitstabilität und Umweltfreundlichkeit unter neutralen Bedingungen“, wie die South China Morning Post (SCMP) berichtet.

Stark saure oder basische Elektrolyte verursachen in herkömmlichen Systemen Nebenreaktionen und erschweren die Entsorgung. Die neue Lösung dagegen gilt als umweltverträglich. Laut Studie erfüllt sie internationale Standards wie ISO 14001 und den US-amerikanischen Resource Conservation and Recovery Act. Die Batterie könne „direkt in der Umwelt entsorgt werden“, ohne Sondermüllbehandlung.

120.000 Zyklen im Praxistest

Im Labor testeten die Forscher die Zelle bei einer Stromdichte von 20 Ampere pro Gramm. Das System erreichte dabei mehr als 120.000 Ladezyklen. Zum Vergleich: Smartphone-Akkus zeigen meist nach rund 800 Zyklen deutliche Kapazitätsverluste. Elektroautos kommen in der Regel auf 1.500 bis 3.000 Zyklen. Selbst langlebige LFP-Großspeicher für Stromnetze liegen meist zwischen 6.000 und 10.000 Zyklen.

Die spezifische Kapazität der negativen Elektrode beträgt bis zu 112,8 Milliamperestunden pro Gramm. In der Vollzelle erreicht die Batterie eine Spannung von 2,2 Volt. Die spezifische Energie liegt bei bis zu 48,3 Wattstunden pro Kilogramm, berechnet auf die Gesamtmasse von Elektroden und Elektrolyt.

Organische Polymere speichern Magnesium und Calcium

Technisch basiert das System auf kovalenten organischen Polymeren als negative Elektrode. Diese Materialien enthalten elektronendonierende Bindungen, die schnelle Reaktionskinetik ermöglichen. Gespeichert werden zweiwertige Ionen wie Magnesium (Mg²⁺) und Calcium (Ca²⁺).

Solche Ionen gelten als potenziell kostengünstiger und sicherer als Lithium. Gleichzeitig stellen sie hohe Anforderungen an das Elektrodenmaterial. Die Studie zeigt, dass die verwendeten Polymere in neutralen Elektrolyten stabil arbeiten und Nebenreaktionen begrenzen.

Wasserbasierte Batterie für Netzspeicher gedacht

Die spezifische Energie von 48,3 Wh/kg liegt deutlich unter typischen Lithium-Ionen-Batterien, die oft mehrere hundert Wh/kg erreichen. Für mobile Anwendungen wie Smartphones oder Elektroautos eignet sich das System daher kaum. Der Fokus liegt auf stationären Anwendungen.

Für große Netzspeicher zählt vor allem die Lebensdauer. Eine wasserbasierte Batterie mit 120.000 Zyklen könnte über viele Jahre Strom aus Solar- oder Windparks puffern, ohne frühzeitig ersetzt zu werden. Auch Notstromsysteme für Rechenzentren oder kritische Infrastruktur kommen infrage. Da das System nicht brennbar ist, sinkt das Risiko von Bränden in dicht bebauten oder sensiblen Anlagen.

Skalierung bleibt entscheidende Hürde

Ob die Technologie außerhalb des Labors funktioniert, ist bislang offen. Die Herstellung organischer Polymere in großem Maßstab muss wirtschaftlich tragfähig sein. Auch die Leistungsfähigkeit unter wechselnden Temperaturen und realen Lastprofilen muss sich erst beweisen.

Die Forscher betonen dennoch das Anwendungspotenzial. „Solche Leistungen unterstreichen das Forschungspotenzial dieser Arbeit und ihr Versprechen für praktische Anwendungen“, heißt es im Fachartikel. Sollte die industrielle Umsetzung gelingen, könnte die wasserbasierte Batterie vor allem im Bereich der stationären Energiespeicherung neue Maßstäbe setzen – nicht durch höhere Energiedichte, sondern durch Sicherheit, Umweltverträglichkeit und außergewöhnliche Haltbarkeit.

Kurz zusammengefasst:

• Eine neue wasserbasierte Batterie nutzt eine neutrale Elektrolytlösung (pH 7), ist nicht brennbar und erreicht im Labor über 120.000 Ladezyklen – ein Vielfaches üblicher Lithium-Ionen-Systeme.
• In Nature Communications berichten Forscher über 2,2 Volt Zellspannung, bis zu 48,3 Wh/kg spezifische Energie und stabile Leistung bei 20 A/g über die gesamte Testdauer.
• Wegen ihrer hohen Sicherheit und Haltbarkeit zielt die Technik auf stationäre Netzspeicher, nicht auf Smartphones oder Elektroautos.

Übrigens: Während eine wasserbasierte Batterie auf Sicherheit setzt, meldet Japan Fortschritte bei der Lithium-Luft-Technik – mit 130 Wh/kg im Test und Perspektiven weit darüber. Wie realistisch Benzin-ähnliche Reichweiten sind und welche Hürden bleiben, mehr dazu in unserem Artikel.

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