Knochenstruktur inspiriert neue batterien: ältere technologie mit modernem twist

Forscher haben eine überraschende Lösung gefunden, um die Lebensdauer von Batterien zu verlängern: Sie orientierten sich an der Struktur von Knochen. Die Innovation könnte die Energiespeicherung revolutionieren, ohne die zugrunde liegende Technologie grundlegend zu verändern.

Knochen als vorbild für stabilere batterien

Die Idee ist schlicht: Knochen sind nicht nur tragende Elemente, sondern Meisterwerke der Materialwissenschaft. Ihre innere Struktur aus dichten und porösen Bereichen ermöglicht eine außergewöhnliche Festigkeit bei geringem Gewicht. Dieses Prinzip haben Wissenschaftler nun genutzt, um die Elektroden von Nickel-Eisen-Batterien zu verbessern – einer Technologie, die bereits in den 1900er Jahren von Thomas Edison entwickelt wurde.

Die Batterien, die auf der Chemie von Nickel-Eisen basieren, sind bekannt für ihre Langlebigkeit. Sie überstehen tausende Ladezyklen mit minimalem Qualitätsverlust. Allerdings waren sie aufgrund ihrer geringen Energiedichte im Laufe der Zeit von neueren Technologien wie Lithium-Ionen-Batterien abgelöst worden. Das Problem: Bei jedem Lade- und Entladezyklus entstehen winzige Risse in den Elektroden, die die Kapazität der Batterie reduzieren.

Das Team analysierte die hierarchische, mehrschichtige Struktur des Knochens. Sie entwickelten ein Material, das diese Architektur nachahmt und so den Ionenaustausch verbessert, die Oberfläche für chemische Reaktionen vergrößert und den strukturellen Abbau reduziert. Die porösen Bereiche absorbieren Spannungen, während die kompakten Bereiche die mechanische Stabilität gewährleisten.

Diese Herangehensweise fällt unter den Begriff Biomimikry – die Nachahmung natürlicher Lösungen in der Ingenieurwissenschaft. Die Forschung zeigt, dass auch etablierte Technologien durch neue Perspektiven wiederbelebt werden können. Die Kombination aus der bewährten Nickel-Eisen-Chemie und der knocheninspirierten Architektur verspricht eine deutlich längere Lebensdauer und somit eine nachhaltigere Energiespeicherung.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift