Handys, Laptops, E-Mobilität: Ohne leistungsfähige Batterien sähe die neue digitale Revolution alt aus. Anfang der 1990er Jahre haben Lithium-Ionen-Akkus ihren Siegeszug angetreten. Für deren Entwicklung sind der in Jena geborene US-Amerikaner John Goodenough, der Brite Stanley Whittingham und der Japaner Akira Yoshino mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet worden. Die Arbeit der Freiburger Chemikerin Prof. Dr. Birgit Esser baut auf dieser Errungenschaft auf. Sie entwickelt neuartige und umweltfreundlichere Akkus, ohne Schwermetalle, mit einer schnelleren Ladezeit und einer längeren Haltbarkeit. „Forscherinnen und Forscher weltweit konzentrieren sich heute auf alle Aspekte von Lithium-Ionen-Akkus, angefangen bei der Entwicklung neuer Kathodenmaterialien über Additive und Elektrolyte bis zur Modifikation der Anode“, sagt Esser. Die Arbeit der drei Wissenschaftler habe ein ganzes Forschungsfeld angeschoben.
In herkömmlichen Batterien oder Akkus bestehen die Elektroden aus unterschiedlichen Metalloxiden. „Wir haben das Schwermetalloxid auf der Kathodenseite durch ein organisches Material ersetzt“, erklärt Esser. Die Kathode ist die Elektrode, die beim Entladen Elektronen aufnimmt. Die Anode, ihr Gegenpol, gibt Elektronen ab. Hier findet also beim Entladen eine Oxidationsreaktion statt. Eine komplette Kunststoffbatterie ist vorerst allerdings noch Zukunftsmusik. Die Anode besteht weiterhin aus Lithium. „Für sie ein passendes organisches Material zu entwickeln ist schwieriger“, so die Wissenschaftlerin. Es gebe in der Forschung jedoch neue Ansätze, bei denen andere und weitreichender verfügbare Metalle wie Natrium oder Magnesium zusammen mit Metalloxiden als Kathodenmaterialien verwendet werden sollen. „In meinem Forschungsbereich der Kunststoffbatterien können solche in Zukunft ganz ohne Metalle auskommen“, erläutert die Chemikerin.
Aufgrund ihrer zunehmenden Bedeutung und der politischen Diskussion um die Elektromobilität stoße die Li-Ionen-Technologie heute bereits auf großes Interesse der Öffentlichkeit. „Ich erwarte, dass dies und auch das Interesse an meiner Forschung durch den Nobelpreis zunehmen wird.“
Prof. Dr. Birgit Esser ist seit 2015 Professorin für Molekulare/Organische Funktionsmaterialien an der Universität Freiburg. Ihre Forschungsschwerpunkte sind die Entwicklung organischer Elektrodenmaterialien für Batterien sowie die Synthese funktioneller organischer Verbindungen für optoelektronische Anwendungen.
Foto: Klaus Polkowski
