Im Bereich der großskaligen Energiespeicherung müssen Batterien in der Lage sein, große Mengen an elektrischer Energie über längere Zeiträume zu speichern und gleichzeitig sicher, wirtschaftlich und umweltfreundlich zu sein. Forscher der Case Western Reserve University in den USA entwickeln einen neuen Elektrolyttyp für wiederaufladbare Redox-Flow-Batterien, der diese Schlüsselkriterien erfüllen könnte.

Redox-Flow-Batterien funktionieren ähnlich wie ein übergroßer Kraftstofftank. Nehmen wir ein Auto: Ohne den Motor zu verändern, kann die Reichweite durch eine Vergrößerung des Tankvolumens erhöht werden. Bei Redox-Flow-Batterien ist es genauso: Ihr „Motor“ bleibt unverändert, während die Größe der Tanks, in denen die aktiven Materialien gespeichert werden, die speicherbare Energiemenge bestimmt.

Das Team der Case Western Reserve University hat kürzlich einen neuen Elektrolyten für Redox-Flow-Batterien vorgestellt. Dieser Elektrolyt ist weniger flüchtig, verdampft oder entzündet sich nicht so leicht und ermöglicht eine neuartige Art der Leitfähigkeit. Seine Struktur erlaubt es Protonen (positiv geladenen Wasserstoffatomen), wie Billardkugeln zwischen den Molekülen „umherzuspringen“ und so zu leiten. Die Studie, die in den „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht wurde, wurde von Forschern des universitären Breakthrough Electrolytes for Energy Storage Systems Energy Frontier Research Center (BEES2 EFRC) durchgeführt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien leitet der neue Elektrolyt durch Protonensprünge und nicht durch die physische Bewegung geladener Teilchen in einer zähen Flüssigkeit. Die Hauptforscherin, Professorin für Chemie- und Biomolekulartechnik Burcu Gurkan, erklärte: „Wir akzeptieren die Notwendigkeit einer gewissen Viskosität der Flüssigkeit aus Sicherheitsgründen. Aber anstatt große geladene Teilchen in einer zähen Flüssigkeit bewegen zu lassen, lassen wir lieber Wasserstoffionen zwischen Molekülen springen, um die Elektrode zu erreichen.“

Diese Art der Protonensprung-Leitung wird durch die Viskosität der Lösung weniger beeinflusst. Ein Mitverfasser der Studie, Professor Robert Savinell, Gründungsdirektor des BEES EFRC, wies darauf hin: „Dies ermöglicht eine einfache Protonenleitung, während die Flüssigkeit nicht flüchtig und sicher bleibt.“

Die Forscher von BEES2 glauben, dass dieser Elektrolyt auch anderen elektrochemischen Technologien zugutekommen könnte, wie z.B. der Elektrokatalyse – einem Prozess zur Herstellung von Chemikalien ohne hohen Druck oder hohe Temperaturen.

Derzeit läuft diese von der US-amerikanischen Energiebehörde unterstützte Forschung noch. Gurkan sagte, die Technologie sei noch nicht so weit fortgeschritten, dass sie direkt zur Herstellung von Redox-Flow-Batterien eingesetzt werden könne; es seien weitere Durchbrüche in Bereichen wie der chemischen Löslichkeit erforderlich. Diese Forschung baut auf einer 50-jährigen Tradition der Case Western Reserve University im Bereich der Elektrochemie und elektrochemischen Verfahrenstechnik auf. Zu den Forschungspartnern gehören die New York University, das City College of New York, die University of Tennessee, die University of Illinois at Urbana-Champaign, die University of Sheffield, das Rutherford Appleton Laboratory und die European Synchrotron Radiation Facility.

Veröffentlichungsdetails: Autoren: Miguel Muñoz et al., Titel: „Structured Electrolytes Enable Grotthuss-Type Transport for Enhanced Proton-Coupled Electron Transfer Reactions“, veröffentlicht in: „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (2026), Zeitschrifteninformation: „Proceedings of the National Academy of Sciences“