Die Elemente der Zukunft

Wir alle benutzen täglich batteriebetriebene Elektronik, sei es das Smartphone, der Laptop oder ein Elektroauto. Viele dieser Geräte nutzen leistungsfähige Lithium-Ionen-Batterien. Diese können sehr viel Energie speichern, sind aber mitunter schädlich für die Umwelt. Um dieses Problem zu lösen, erforschen Stefan Freunberger und seine Gruppe am Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) die Grundlagen für neue Batterietechnologien.

Doch wie funktionieren Batterien eigentlich? Eine Batterie gibt elektrische Energie ab, indem sie spezielle Chemikalien in ihrem Inneren regieren lässt. Dabei lassen die Atome in den Chemikalien negativ geladene Elektronen frei, die dann als Strom von einem Ende der Batterie durch einen angeschlossenen Stromkreis, zum Beispiel ein Smartphone, fließen können. Auf der anderen Seite des Stromkreises werden die Elektronen dann wieder von Atomen in der Batterie aufgenommen.

Je mehr Elektronen jedes einzelne dieser Atome abgeben oder aufnehmen kann, desto mehr elektrische Energie kann die Batterie speichern. Wie viele Elektronen ein Atom abgeben oder aufnehmen kann, hängt davon ab, zu welchem chemischen Element es gehört.

Genau hier setzen die ForscherInnen am IST Austria an: Sie suchen nach geeigneten Elementen und deren Verbindungen, die besonders viele Elektronen abgeben oder aufnehmen können. Damit wollen sie noch leistungsfähigere Batterien ermöglichen. Dabei spielt auch Umweltschutz für den Chemiker Stefan Freunberger eine wichtige Rolle: "Ich möchte die Grundlagen der Elektrochemie noch besser verstehen. Mich interessiert aber ebenso, wie das gewonnene Wissen konkret umgesetzt werden kann, um nachhaltiger Produkte zu entwickeln."

Zurzeit werden die für Batterien und viele andere Elektronikbauteile heißbegehrten Elemente Lithium und Kobalt unter oft menschenunwürdigen und umweltschädlichen Bedingungen abgebaut. Könnten sie durch leichter verfügbare Elemente ersetzt werden, käme das Mensch und Umwelt zugute. Auch mögliche Versorgungsengpässe könnten verhindert werden.

Die Grundlagen der Natur wissenschaftlich zu erforschen, erfordert viel Geduld und Durchhaltevermögen. Ohne die Erkenntnisse der Grundlagenforschung hätten wir jedoch weder Impfstoffe noch Computer. Mit ihrer Arbeit schaffen die ForscherInnen am IST Austria die Voraussetzung für zukünftige Technologien.

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