Ein internationales Forschungsprojekt unter der Leitung der UCLA hat das Nickel-Eisen-Batteriekonzept von Thomas Edison, das vor über einem Jahrhundert vorgeschlagen wurde, neu bewertet und verbessert. Diese neue Forschung zielt darauf ab, Batterietechnologien für die Speicherung von Energie aus Solarkraftwerken zu entwickeln.

Das Team ließ sich von natürlichen Biomineralisierungsprozessen wie der Bildung von Knochen und Muscheln inspirieren und nutzte Proteine als Vorlage, um winzige metallische Nanocluster herzustellen. Die Größe dieser Nickel- und Eisencluster wurde auf unter 5 Nanometer kontrolliert und sie wurden dann mit dem zweidimensionalen Material Graphenoxid kombiniert. Durch einen spezifischen Wärmebehandlungsprozess entstand schließlich ein poröses Aerogel-Elektrodenmaterial. Maher El-Kady, Mitautor der Studie und Assistenzforscher, sagte: „Man denkt oft, dass moderne Nanotechnologie-Werkzeuge komplex und hochtechnologisch sind, aber unser Ansatz ist überraschend einfach und direkt.“

Der entscheidende Vorteil dieser Struktur liegt in ihrer enorm großen Oberfläche, die viel Raum für elektrochemische Reaktionen bietet. El-Kady erklärte: „Wenn die Partikelgröße von größer auf diese extrem winzigen Nanocluster reduziert wird, vergrößert sich die Oberfläche erheblich. Wenn die Partikel so klein sind, kann fast jedes Atom an der Reaktion teilnehmen.“ Daher erreichte der auf diesem Material basierende Prototyp-Batterie in Sekunden schnelles Aufladen und konnte über 12.000 Lade-Entlade-Zyklen standhalten.

Diese von Edison inspirierte Nickel-Eisen-Batterietechnologie ist zwar in ihrer Energiespeicherkapazität derzeit den gängigen Lithium-Ionen-Batterien unterlegen, aber ihre Eigenschaften wie schnelles Laden und extrem lange Lebensdauer zeigen Anwendungspotenzial im Bereich der stationären Energiespeicherung, z. B. zur Speicherung von Solarenergie oder als Notstromquelle. Der korrespondierende Mitautor Professor Richard Kaner wies darauf hin, dass ihre Inspiration aus der Natur kam: „Wir haben uns von der Art und Weise inspirieren lassen, wie die Natur solche Materialien ablagert.“ Die Forscher untersuchen, ob sich diese Art von biomimetischen Materialherstellungsmethoden auf andere Metalle ausweiten lassen und suchen nach alternativen Biomasse-Vorlagen, die sich leichter in großem Maßstab produzieren lassen. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Small“ veröffentlicht und als Titelgeschichte empfohlen.

Weitere Informationen: Autoren: Habibeh Bishkul et al., Titel: „Protein-Templated Iron-Nickel Sub-Nanoclusters for Advanced Energy Storage and Electrocatalysis“, veröffentlicht in: Small (2025). Zeitschrifteninfo: Small