Wässrige Batterien blicken auf eine lange Geschichte zurück und haben aufgrund ihrer Sicherheit und vergleichsweise geringen Kosten Aufmerksamkeit erregt. Ihre Anwendung in neuen Energiespeichersystemen wie Netzspeichern und Elektrofahrzeugen war jedoch lange Zeit begrenzt, hauptsächlich aufgrund mangelnder Materialverträglichkeit; viele Elektrodenmaterialien weisen in wässrigen Elektrolyten nur unzureichende Leistung auf. Darüber hinaus stellt die Hydrophobie ein erhebliches Hindernis für organische Redoxpolymere dar, und auch deren Zersetzung und Recycling stellen Herausforderungen dar.

Kürzlich veröffentlichten die Universität Tohoku und die Nitto Boshoku Corporation gemeinsam eine bahnbrechende Forschungserkenntnis in der Fachzeitschrift *Polymer*. Dem Forschungsteam gelang die Entwicklung eines neuartigen organischen Redoxpolymers, mit dem sich die zuvor genannte, seit Langem bestehende Herausforderung bewältigen lässt.

Um Materialverträglichkeits- und Hydrophobiebarrieren zu überwinden, integrierte das Forschungsteam auf innovative Weise p-Dihydroxybenzol (ein organisches Molekül mit hoher Ladungsspeicherkapazität) in ein wasserlösliches Polyamin. Diese Innovation wurde durch eine einfache Kondensationsreaktion erzielt. Das resultierende Polymer behält nicht nur seine hohe Hydrophilie und kann bei Raumtemperatur (25 °C) als Elektrodenmaterial eingesetzt werden, sondern zersetzt sich auch unter milden Bedingungen unterhalb von 100 °C wieder in seine ursprünglichen Bestandteile, wodurch Recycling und Wiederverwendung des Materials möglich werden.

„Diese Studie schlägt eine Designstrategie vor, die es ermöglicht, hydrophobe Redoxmoleküle mit wässrigen Systemen kompatibel zu machen“, sagte Kouki Oka, außerordentlicher Professor am Institut für Multidisziplinäre Forschung für fortgeschrittene Materialien der Universität Tohoku. „Durch die Kombination von hoher Ladungsspeicherkapazität mit Wiederverwertbarkeit haben wir neue Wege für die Forschung an nachhaltigen Batterien eröffnet.“

Die Forschungsergebnisse heben zwei zentrale Vorteile dieses neuen Polymers hervor: Erstens vermeidet die Verwendung eines wasserbasierten Elektrolyten wirksam die Brandgefahr, die von herkömmlichen brennbaren Lösungsmitteln ausgeht, und verbessert so die Batteriesicherheit; zweitens trägt das neue Polymer, da es aus reichlich vorhandenen Elementen besteht und leicht abbaubar ist, dazu bei, den Ressourcenverbrauch und die Plastikverschmutzung zu reduzieren, was mit den Konzepten der umweltfreundlichen Produktion und der nachhaltigen Entwicklung übereinstimmt.

Oka verriet außerdem, dass der nächste Schritt des Forschungsteams darin besteht, die Haltbarkeit und andere Leistungsfaktoren dieses neuen Materials umfassend zu bewerten, um sein Potenzial in praktischen Anwendungen voll auszuschöpfen und eine solide Grundlage für die breite Anwendung von wässrigen Batterien in neuen Energiespeichersystemen zu schaffen.

Weitere Informationen: Kouki Oka et al., „Cycloquinon-substituiertes Polyallylamin: Redoxkapazität und Recyclingfähigkeit von wässrigen Polymer-Luft-Sekundärbatterien“, Polymer Journal (2025).