Zink-Batterie mit Goldschicht hält im Labor bis zu 50-mal länger

Kanadische Forschende berichten von einem Fortschritt, der beinahe wie Zukunftsmusik wirkt: Eine neuartige Zink-Batterie soll durch eine hauchdünne Goldschicht im Labor bis zu 50-mal länger halten. Damit rückt ein lange unterschätzter Akku-Typ wieder in den Fokus – mit möglichen Folgen für Energiespeicher, Solaranlagen und womöglich auch spätere Elektroautos.

Warum Alternativen zu Lithium-Akkus gefragt sind

In Smartphones, Laptops und Elektroautos arbeiten heute fast durchgängig Lithium-Ionen-Akkus. Die Technologie gilt als ausgereift und leistungsstark, bringt jedoch erhebliche Nachteile mit:

• Rohstoffe wie Lithium, Kobalt und Nickel sind kostspielig und teilweise nur begrenzt verfügbar.
• Der Abbau erfolgt häufig in politisch instabilen Regionen.
• Es gibt Berichte über problematische Arbeitsverhältnisse und Schäden für die Umwelt.
• Bei Beschädigungen oder unsachgemäßer Nutzung besteht Brandgefahr.

An diesem Punkt werden Zink-Batterien interessant. Zink ist weltweit reichlich vorhanden, relativ preiswert und beim Abbau weniger kritisch. Grundsätzlich wären Zink-Akkus besonders für stationäre Speicher geeignet, beispielsweise um Energie aus Windkraft- und Solaranlagen zu speichern. In der Praxis steht dem allerdings ein gravierendes Hindernis entgegen: Ihre Alterung setzt schnell ein.

Das zentrale Problem bei Zink-Batterien

Während des Ladens und Entladens bewegen sich im Inneren einer Zink-Batterie kleinste Zink-Ionen zwischen den Komponenten. Im Laufe der Zeit setzen sie sich jedoch ungleichmäßig ab. Dabei bilden sich sogenannte Dendriten, also nadelartige Strukturen, die in den Elektrolyten hineinwachsen.

Zink-Dendriten gelten als Achillesferse dieser Akku-Technik: Sie verkürzen die Lebensdauer und können Kurzschlüsse auslösen.

Diese Dendriten können den Separator durchdringen, die Trennschicht zwischen den Elektroden. Die Folgen reichen von sinkender Leistung und Stromlecks bis zum vollständigen Ausfall der Batterie. An genau diesem Schwachpunkt sind bislang viele Konzepte für Zink-Batterien gescheitert.

Die kanadische Lösung: Gold als Schutzschicht

Das Forschungsteam aus Kanada untersuchte deshalb genauer, wie sich Zink auf der Elektrode abscheidet. Im Mittelpunkt stand die Frage, wie sich die Oberfläche so anpassen lässt, dass Zink gleichmäßiger verteilt wird und keine riskanten Spitzen entstehen.

Die überraschende Lösung ist eine extrem dünne Goldschicht auf der Zink-Elektrode, die den gesamten Vorgang stabilisiert. Goldatome wirken dabei wie eine „geordnete Startfläche“, auf der sich Zink-Ionen bevorzugt und gleichmäßiger ablagern. Dadurch entstehen weniger Dendriten, während die Elektrodenstruktur länger erhalten bleibt.

Dank der Goldschicht hielt der getestete Zink-Akku im Labor bis zu 50-mal mehr Ladezyklen durch als eine herkömmliche Referenzzelle.

Der Zuwachs bei den Ladezyklen fällt beträchtlich aus. Aus einem kurzlebigen Laborakku könnte damit ein Speicher werden, der für konkrete Anwendungen deutlich interessanter ist – etwa in Haushalten mit Solaranlage oder als kleiner Energiespeicher in Unternehmen.

Weshalb Gold – und ist das nicht zu kostspielig?

Zunächst erscheint dieser Ansatz widersprüchlich: Forschende suchen nach Ersatz für teures Lithium und verwenden dann ausgerechnet Gold. Ausschlaggebend ist jedoch, wie dünn die Beschichtung ausfällt.

In den veröffentlichten Experimenten ist von einer Schicht mit lediglich wenigen Atomlagen die Rede. Gemeint ist also keine sichtbare Goldfolie, sondern eine ultradünne Beschichtung. Dadurch verliert der Rohstoffpreis erheblich an Bedeutung.

Ein vereinfachter Kostenvergleich:

Material	Rolle im Akku	Kostenrelevanz
Lithium, Kobalt, Nickel	Hauptbestandteil heutiger Zellen	Hoch, großer Preisanteil pro kWh
Zink	Aktives Material in Zink-Batterien	Deutlich günstiger und reichlich verfügbar
Gold (Ultraschicht)	Beschichtung der Elektrode	Sehr geringe Menge, vor allem technischer Hebel

Die Argumentation der Forschenden lautet: Steigert eine hauchdünne Goldschicht die Lebensdauer um den Faktor 50, können sich die zusätzlichen Kosten rasch auszahlen. Ein Akku mit langer Haltbarkeit reduziert die Kosten je gespeicherter Kilowattstunde – und genau diese Kennzahl ist für Energieversorger und Speicheranbieter entscheidend.

Mögliche Einsatzbereiche für Zink-Gold-Akkus

Fachleute sehen das wichtigste Anwendungsfeld nicht unbedingt im Smartphone, sondern vor allem bei stationären Speichern. Denkbar sind insbesondere diese Szenarien:

• Heimspeicher für Photovoltaik: Tagsüber erzeugten Solarstrom speichern und am Abend verbrauchen – ohne kostspielige Lithium-Technik.
• Kleine Netzspeicher: Kommunen oder Stadtwerke könnten örtliche Pufferspeicher einsetzen, um die Stromnetze zu stabilisieren.
• Industrieanlagen: Unternehmen mit hohem Energiebedarf könnten Lastspitzen ausgleichen und Netzentgelte reduzieren.
• Notstromsysteme: Krankenhäuser, Rechenzentren oder Funkmasten würden von robusten Speichern mit geringem Wartungsbedarf profitieren.

Zink-Systeme bieten sich vor allem dort an, wo Gewicht und Volumen eine geringere Rolle spielen als Sicherheit und Lebensdauer. Für Elektroautos ist die Technologie im derzeitigen Entwicklungsstand eher eine Lösung im Hintergrund, beispielsweise für Schnellladesäulen mit eingebautem Speicher.

Was die 50-fache Widerstandskraft im Alltag bedeuten könnte

Laborergebnisse sind nicht unmittelbar auf den praktischen Einsatz übertragbar, vermitteln aber eine Vorstellung von der Größenordnung. Wenn ein herkömmlicher Zink-Akku 200 nutzbare Ladezyklen erreicht, bevor seine Kapazität spürbar sinkt, wären mit der neuen Goldbeschichtung theoretisch bis zu 10.000 Zyklen möglich.

Ein Beispiel für einen Heimspeicher:

• Täglicher Lade- und Entladezyklus durch eine Photovoltaikanlage
• 200 Zyklen entsprechen grob einem Dreivierteljahr
• 10.000 Zyklen liegen im Bereich von 25–30 Jahren

Damit würde die Lebensdauer in die Nähe der Haltbarkeit einer typischen Solaranlage rücken. Für viele Hausbesitzer ist das besonders wichtig: Niemand will einen teuren Speicherblock bereits nach wenigen Jahren ersetzen müssen.

Offene Punkte: Skalierung, Recycling und Praxisbedingungen

Bei aller Begeisterung bleiben zentrale Fragen offen. Bisher fanden die Tests nur im Labormaßstab statt. Entscheidend ist, ob sich die Goldbeschichtung in der Massenproduktion zuverlässig und günstig aufbringen lässt – und ob größere Zellen dauerhaft stabil arbeiten.

Daneben stellen sich typische Fragen für den praktischen Betrieb:

• Wie reagieren die Zellen auf hohe und niedrige Temperaturen?
• Wie verhalten sie sich bei schneller Ladung mit hoher Leistung?
• Lässt sich das verwendete Gold am Ende des Batterielebens gut zurückgewinnen?

Gerade der letzte Aspekt könnte sich als Vorteil erweisen, denn Gold lässt sich sehr gut recyceln. Mit einem effizienten Verfahren zur Rückgewinnung wäre ein geschlossener Materialkreislauf möglich, der Ressourcen schont.

Was Zyklenfestigkeit und Energiedichte bedeuten

Berichte über neue Akku-Technologien enthalten häufig Begriffe, die leicht missverstanden werden. Für diese Zink-Gold-Technik sind vor allem zwei Kennwerte wichtig.

Zyklenfestigkeit: Wie oft ein Akku „atmen“ kann

Die Zyklenfestigkeit zeigt, wie viele vollständige Lade- und Entladevorgänge ein Akku bewältigt, bevor seine Kapazität deutlich abnimmt. Eine höhere Zahl an Zyklen bedeutet niedrigere Kosten über die gesamte Einsatzdauer. Auf genau diesen Wert bezieht sich die Aussage „50-mal widerstandsfähiger“.

Energiedichte: Energiemenge pro Kilogramm

Die Energiedichte beschreibt, welche Energiemenge je Kilogramm oder Liter gespeichert werden kann. Lithium-Ionen-Akkus liegen bei diesem Wert aktuell klar vorn. Zink-Systeme haben dagegen Vorteile bei Kosten, Sicherheit und Rohstoffverfügbarkeit, erreichen bei der Energiedichte aber noch deutlich niedrigere Werte. Für ein Mobiltelefon oder ein leichtes E-Bike ist das problematisch, bei einem Speicher im Keller hingegen weniger.

Chancen für den deutschsprachigen Raum

Deutschland, Österreich und die Schweiz bauen erneuerbare Energien stark aus. Mit zunehmenden Mengen an Wind- und Solarstrom wächst auch der Bedarf an preiswerten und sicheren Speichern. Eine langlebige Zink-Technik könnte in diesem Bereich langfristig eine wichtige Funktion übernehmen.

Für die Industrie ergeben sich zudem weitere Möglichkeiten. Maschinenbauer, Zellfertiger und Anlagenhersteller könnten ihr Wissen aus der Lithium-Welt auf Zink-Systeme übertragen. Gleichzeitig könnten neue Geschäftsmodelle für Wartung, Monitoring und Recycling entstehen.

Forschende mahnen dennoch zur Geduld. Häufig vergehen zehn Jahre oder mehr, bis eine Technologie den Weg vom Labor in den Alltag schafft. Ob Zink-Gold-Akkus später tatsächlich in Kellern, Umspannwerken oder Fabrikhallen im großen Maßstab eingesetzt werden, wird sich über Pilotprojekte, Normen und harte Kostenrechnungen entscheiden.

Der Ansatz aus Kanada zeigt aber bereits jetzt: Der Akku-Markt ist keineswegs fertig entwickelt. Kleine, kluge Veränderungen bei Materialien – etwa eine winzige Goldschicht – können etablierte Technologien plötzlich aus einer völlig neuen Perspektive erscheinen lassen.