Bleiakkus Geheimnis der Hochstromfähigkeit gelüftet

Chemikern ist es nun gelungen, das mehr als 150 Jahre alte Geheimnis zu lösen, weshalb Blei-Säure-Batterien so extrem hohe Ströme liefern können, wie sie etwa zum Start eines Automotors nötig sind.

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Der Grund für die hohe Stromtragfähigkeit ist die außergewöhnlich hohe Leitfähigkeit des Bleioxids, das die Anode der Batterie bildet – das war schon bekannt, nicht aber warum. Die Frage, warum Bleioxid so extrem leitfähig ist, hat ein Team von Forschern der Universitäten Oxford und Bath sowie vom Trinity College Dublin und dem ISIS Center bei Oxford nun erstmals beantwortet.

Die Blei-Säure-Batterie wurde zwar schon 1859 erfunden, aber der Grund für die hohe Leitfähigkeit von Bleioxid war bis vor Kurzem unbekannt. Ein Bericht der Forschergruppe wurde kürzlich in den Physical Review Letters veröffentlicht.

Andere Oxide mit gleicher Struktur wie Bleioxid sind Isolatoren

„Die einmalige Fähigkeit von Bleiakkus, Spitzenströme von weit über 100 Ampere zu liefern, etwa um einem Automotor zu starten, ist vor allem auf die hohe Leitfähigkeit des Bleioxids ab, das die chemische Energie in der Anode speichert“, erklärt Professor Russ Egdell vom chemischen Lehrstuhl der Universität Oxford. „Die Ursache für diese hohe Leitfähigkeit von Bleioxid allerdings war bislang umstritten. Andere Oxide mit der gleichen Struktur, zum Beispiel Titanoxid, sind sogar elektrische Nichtleiter!“

Bleioxid ist im Prinzip ein Isolator

Die Wissenschaftler setzten bei ihren Forschungen auf eine Kombination von computergestützter Chemie und der Neutronendiffraktion. So konnten sie zeigen, dass Bleioxid im Prinzip ein Isolator mit einer sehr schmalen elektronischen Bandlücke ist. Allerdings wird es bei Sauerstoffverlust im Kristallgitter sehr elektronenreich und wandelt sich damit vom Isolator zum metallischen Leiter.

Forschungsergebnisse lassen auf neue Akkuwerkstoffe hoffen

Die Forscher sind davon überzeugt, dass diese Erkenntnisse neue Türen zur Auswahl verbesserter Werkstoffe für moderne Akkutechnologien eröffnen werden. „Unsere Arbeit hat darüber hinaus auch eindrucksvoll gezeigt, was Wissenschaftler alles erreichen können, wenn sie Werkstoffmodelle und moderne Messmethoden miteinander kombinieren“, freut sich Egdell.

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