Viren als Kabelleger: Wissenschaftler infizieren Auto-Batterien

Die Speicherkapazität von Lithium-Batterien lässt sich um 200 Prozent steigern. Dabei nutzen Forscher einen genveränderten Viren-Typ. Dieser knüpft in der Batterie einen Strang aus Fäden, die viel leichter sind als jede vom Menschen hergestellte Verbindung. Elektroautos könnten dadurch bald weitere Strecken zurücklegen.

Das Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat ein Virus entdeckt, das sich als Kabelleger innerhalb von Batterien verdingt: Dieses Virus (M13) hat die nützliche Eigenschaft, Metalle zu binden. Darunter die Elemente Mangan, Palladium und Lithium. Diese spielen bei der elektrischen Katalyse eine wichtige Rolle aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit.

Die Materialforscher erhoffen sich von den sehr leichten und rauen Kabelsträngen eine höhere Sammelleistung bei gleichzeitig niedrigerem Gewicht. Das würde die Speicherkapazität von Autobatterien erhöhen. Statt knapp 160 Kilometer könnte ein Elektroauto ohne Batterieladung bis zu 550 Kilometer fahren (Video am Ende des Artikels).

Das M13-Virus erfüllt die wichtige Funktion, die Metalle aus der wässrigen Lösung herauszuziehen und anzusammeln. Dies gelingt ihm, indem es feine Nanodrähte unbekannten Materials spinnt, die als Katalysatoren wirken: Sie ermöglichen die Ionisierung („Salzwerdung“) von Mangan und Sauerstoff zu Manganoxid. Der Sauerstoff kommt aus dem Wasser. Das Verfahren wurde in einem Artikel der Zeitschrift nature communications veröffentlicht.

Zusätzlich gesteigert wird die Leitfähigkeit durch die Bindung von Palladium, ein seltenes und teures Metall, das aber zu diesem Zweck nur in geringen Mengen benötigt wird. Außerdem hat das entstehende Manganmonoxid den Vorteil, eine raue Oberfläche zu bilden. Diese Oberflächenfaltung, bildlich als enges Gebirge vorstellbar (siehe Video), bewirkt eine insgesamt größere „Angriffsfläche“ für die Lithium-Atome und Sauerstoff-Moleküle, die für den galvanischen Prozess einer Batterie entscheidend sind: Sie speisen die negativ geladenen Elektronen in den vom Virus bereitgestellten Leiterstrang ein. Dabei verbinden sich Sauerstoff und Lithium zu Dilithiumdioxid, das sich am Leiterstrang festsetzt. Durch diese sogenannte Redox-Reaktion – ein Kofferwort aus Reduktion (Elektronenaufnahme) und Oxidation  – wird die elektrische Energie erzeugt.

Im Umkehrprozess der Wiederaufladung der Batterie geschieht das genaue Gegenteil: Durch Induktion von Elektronen spaltet sich Dilithiumdioxid und zerfällt wieder zu Lithium und Sauerstoff), dabei werden Elektronen entnommen und wieder in die wässrige Lösung zurückgeführt.

Allerdings ist die Entwicklung dieser biotechnologischen Verfeinerung noch nicht abgeschlossen: Die feinen Fäden von M13 bilden zwar dichte Stränge, sind aber gegenüber Erschütterungen nicht stabil genug. Dies macht das ganze System fehleranfällig.

Kommentare

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  1. Hopfner Willi sagt:

    Das ist eine tolle Erfindung. Hoffentlich kommen dieses Batterien zu einem leistbaren Preis bald auf den Markt. Damit würde der E-Mobilität wesentlich schneller auf die Beine kommen.