Ingenieure der Monash University haben einen bahnbrechenden Katalysator entdeckt, der die nächste Batteriegeneration antreiben könnte und mehr Leistung, längere Lebensdauer und geringere Kosten bietet.

Derzeit werden Zink-Luft-Batterien in kleinen Geräten wie Hörgeräten verwendet, doch diese Entdeckung ebnet den Weg für wiederaufladbare Hochleistungsanwendungen und bringt die Technologie näher an die reale Welt, in Netzen und im Transportwesen.

Die Forscher nutzten eine ausgeklügelte Wärmebehandlungstechnik, um ein dreidimensionales Material in ultradünne Kohlenstoffschichten umzuwandeln. Durch die Zugabe einzelner Kobalt- und Eisenatome entstand ein Katalysator, der die Sauerstoffreaktion der Batterie schneller und effizienter macht. Die Forschungsergebnisse wurden im Journal of Chemical Engineering veröffentlicht.

Laut den Hauptautoren Saeed Askari und Dr. Parama Banerjee von der Fakultät für Chemie- und Bioingenieurwesen übertrifft der Katalysator handelsübliche Katalysatoren aus teuren Metallen wie Platin und Ruthenium.

Herr Askari sagte: „Durch die Konstruktion von Kobalt und Eisen als einzelne Atome auf einem Kohlenstoffgerüst haben wir eine Rekordleistung bei Zink-Luft-Batterien erzielt und damit die Möglichkeit demonstriert, Katalysatoren mit atomarer Präzision zu entwickeln. Unsere fortschrittlichen Simulationen zeigen, dass das Kobalt-Eisen-Atompaar in Kombination mit einem Stickstoff-Dotierstoff den Ladungstransfer verbessert und die Reaktionskinetik optimiert. Damit wird einer der größten Engpässe bei wiederaufladbaren Zink-Luft-Batterien behoben.“

Dr. Banerjee erklärte, die Prinzipien hinter dem Design könnten auch auf andere saubere Energietechnologien angewendet werden, darunter Brennstoffzellen, Wasserspaltung und Kohlendioxidumwandlung. Sie sagte außerdem: „Der Dauerbetrieb einer wiederaufladbaren Zink-Luft-Batterie über mehr als zwei Monate ist ein Meilenstein auf diesem Gebiet. Er zeigt, dass diese Technologie bereit ist, das Labor zu verlassen und in die Praxis umgesetzt zu werden. Diese Katalysatoren lösen nicht nur einen zentralen Engpass bei Zink-Luft-Batterien, sondern ihre Designprinzipien können im gesamten Energiesektor – von Brennstoffzellen bis hin zur Wasserspaltung – angewendet werden und haben weitreichende Auswirkungen auf die saubere Energie.“

Weitere Informationen: Saeed Askari et al., Kooperative elektronische Wechselwirkungen zwischen einzelnen CoFe-Atomen und Stickstoffatomen auf zweidimensionalem Kohlenstoff fördern bifunktionales Sauerstoffredox in Metall-Luft-Batterien, Journal of Chemical Engineering (2025).