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Mit Eierschalen Energie speichern

Hühnereier
Eierschalen bestehen aus porösem Calciumcarbonat, das sich gut für elektrochemische Speicher eignet. (Bild: Manuel Balzer/ KIT)

Neue Energiespeicher sollen Akkus leistungsfähiger machen und als Puffer für Überschussstrom aus Sonne und Wind dienen. Einen überraschenden Kandidaten für solche Speicher haben Forscher nun in Bioabfall entdeckt – es handelt sich um Eierschalen. Ihre Experimente belegen, dass sich das Material der Schalen gut als kostengünstige Elektrode für Lithium-Akkus eignet. Der bisher oft entsorgte Schalenabfall könnte demnach künftig richtig nützlich werden.

Klassische Lithium-Ionen-Akkus enthalten meist eine Elektrode aus einer Lithiumverbindung und eine zweite aus einem kohlenstoffhaltigen Material, häufig in Form von Graphit. Diese Batterien bilden den Grundstock für die Stromversorgung nahezu aller modernen technischen Geräte, vom Laptop über das Smartphone bis zu Elektroauto. Doch weltweit suchen Forscher nach Möglichkeiten, diese Akkus leistungsfähiger, kostengünstiger und umweltfreundlicher zu machen.

Schalenmaterial als Elektrode

Einen Kandidaten dafür könnten nun Manickam Minakshi vom Helmholtz-Zentrum für elektrochemische Energiespeicherung in Ulm und seine Kollegen entdeckt haben. Fündig wurden sie dabei in einem auf den ersten Blick ungewöhnlichen Material: der Schale von Hühnereiern. Während die Eier selbst in großen Mengen verwendet und verbraucht werden, bleiben die Eierschalen meist als Abfall übrig und werden auf Deponien entsorgt. Nur vereinzelt werden die Schalen bereits als Rohmaterial in der Biokeramik, in Kosmetika oder in der Farbstoffindustrie eingesetzt.

Doch Minakshi und sein Team hatten einen anderen Verwendungszweck im Blick. Ihr Verdacht: Das Material der Eierschalen könnte sich auch als Elektrodenmaterial für Lithium-Akkus eignen. Denn der feste Teil der Schale besteht aus Calciumcarbonat (CaCO3), einer Verbindung, die als Energiespeicher taugen könnte. Um das zu testen, wuschen, trockneten und zerkleinerten die Forscher Eierschalen zu einem Pulver. Verwendet wurden dabei sowohl die verkalkte Schale als auch die inneren und äußeren Schalenmembranen. Dieses Pulver nutzten die Wissenschaftler in einer Akkuzelle mit nichtwässsrigem Elektrolyt als Elektrode, den Gegenpart bildete eine metallische Lithium-Anode.

Vergleichbar mit klassischen Kohlenstoff-Elektroden

Im Versuch maßen die Forscher dann die elektrische Kapazität der Eierschalen-Batterie. Das Ergebnis: „Die Zelle hielt über 1000 Ladezyklen hinweg eine Kapazität von 92 Prozent aufrecht“, berichten Minakshi und sein Team. „Die dabei erzielte elektrochemische Leistung ist vergleichbar mit kommerziell erhältlichem Elektrodenmaterial aus aktiviertem Kohlenstoff.“ Die Form der elektrochemischen Kurven sei mit der solcher klassischer Elektroden vergleichbar.

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Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte Calciumcarbonat aus Eierschalen daher durchaus als Elektrode in Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt werden. Noch muss zwar die Leistungsfähigkeit und Anwendbarkeit des Materials weiter verbessert werden, doch dann könnte dieses Naturmaterial als kostengünstige Komponente zukünftiger Energiespeischer eingesetzt werden. „Eierschalen auf diese Weise zu verwenden würde nicht nur die Menge des Bioabfalls verringern, es wäre auch ein echter Gewinn“, so die Forscher.

„Es gibt überraschenderweise immer wieder neue Beispiele, in denen Naturstoffe gute bis sehr gute Voraussetzungen mitbringen, um daraus Materialien für elektrochemische Speicher herzustellen“, konstatiert Minakshis Kollege Maximilian Fichtner. Die Schalen der Hühnereier sind nun eines dieser Naturmaterialien.

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie, Fachartikel: Dalton transactions, doi: 10.1039/c8dt03252a

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