Zink-Luft-Batterien: Energie speichern und Abwasser reinigen

BANGALORE / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Eine neue Technologie von Forschern des Indian Institute of Science (IISc) könnte die Art und Weise, wie wir Energie speichern und industrielle Verschmutzung behandeln, revolutionieren.

Die Forscher des Indian Institute of Science (IISc) haben eine bemerkenswerte Innovation vorgestellt, die sowohl die Energiespeicherung als auch die Behandlung industrieller Verschmutzungen transformieren könnte. Diese neue Technik, die im Journal ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht wurde, nutzt die Zink-Luft-Batterietechnologie, um Wasserstoffperoxid (H₂O₂) auf eine sauberere, kostengünstigere und potenziell skalierbare Weise zu produzieren und gleichzeitig toxische Farbstoffe aus der Textilindustrie zu bekämpfen.

Zink-Luft-Batterien wurden lange Zeit als kostengünstige, energiedichte Alternativen zu Lithium-Ionen-Systemen untersucht. Sie verwenden Zinkmetall als Anode und Umgebungsluft als Kathode. In dieser neuen Studie haben die Wissenschaftler des IISc die Zink-Luft-Batterie so umgestaltet, dass sie nicht nur Energie speichert, sondern auch Wasserstoffperoxid als Nebenprodukt ihres Entladezyklus erzeugt.

Der Betrieb der Batterie induziert eine Reduktionsreaktion an der Kathode, die Sauerstoff in H₂O₂ umwandelt, anstatt einfach Wasser zu erzeugen. Diese Leistung erfordert jedoch eine präzise Kontrolle des chemischen Weges, was dem Team durch die Integration eines metallfreien, chemisch modifizierten Kohlenstoffkatalysators in das System gelungen ist. Im Gegensatz zu traditionellen H₂O₂-Herstellungsverfahren, die einen hohen Energieeinsatz und Edelmetallkatalysatoren erfordern, bietet diese Methode eine kostengünstige, metallfreie Alternative mit erheblichen Emissionsreduktionen.

Da Wasserstoffperoxid farblos ist, fügten die Forscher toxische synthetische Farbstoffe hinzu, die häufig in Textilabfällen vorkommen. Wenn das Peroxid erzeugt wird, interagiert es mit diesen Farbstoffen, was eine sichtbare Farbänderung verursacht und gleichzeitig die Schadstoffe abbaut. Im Laufe der Zeit führt dies zur vollständigen Zersetzung von Farbe und Toxizität und zeigt einen neuen Ansatz zur Behandlung von Industrieabwasser mit einem Energiespeichersystem.

Traditionell wird Wasserstoffperoxid durch das Anthrachinon-Verfahren hergestellt, ein energieintensives Verfahren, das fossile Brennstoffe verbraucht und Kohlendioxid emittiert. Es hängt auch von seltenen und teuren Metallen wie Palladium oder Platin als Katalysatoren ab. Der Durchbruch des IISc umgeht diese Probleme vollständig. Durch die Verwendung von reichlich vorhandenem Zink (insbesondere in Indien) und Umgebungssauerstoff nutzt die neue Methode chemische Energie in Batterien, um die H₂O₂-Produktion anzutreiben.

Diese Studie befindet sich an der Schnittstelle von Energieinnovation, grüner Chemie und Umweltremediation. Sie öffnet die Tür zu Energiesystemen, die multifunktional sind – fähig, nicht nur Elektrizität zu speichern, sondern auch nützliche chemische Reaktionen als Teil ihres Betriebs durchzuführen. In ländlichen oder netzfernen Gebieten könnte ein solches System gleichzeitig Strom und sauberes Wasser liefern.

Diese Innovation trägt auch zum globalen Trend bei, die Batterietechnologie neu zu überdenken. Forscher überprüfen ältere Technologien – von Eisen-Alkaline-Batterien, die einst von Thomas Edison gefördert wurden, bis hin zu wasserstofferzeugenden Nickelzellen – und entdecken Möglichkeiten, Nebenprodukte, die einst als Probleme angesehen wurden, in sekundäre Outputs für andere Industrien umzuwandeln.

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