Aluminium-Luft-Batterie selber bauen – was gibt es zu beachten?

In der modernen westlichen Zivilisation wird es beinahe als natürlicher Zustand angesehen, dass Strom überall und jederzeit verfügbar ist. Er kommt entweder direkt aus der Steckdose oder kann mithilfe von Lithium-Ionen-Akkus oder anderer Stromspeicher auch mobil genutzt werden.

Mit geringem Aufwand kann jeder in den eigenen vier Wänden DIY-Strom erzeugen – zum Beispiel mit einer selbstgebauten Aluminium-Luft-Batterie. In diesem Artikel stellen wir Ihnen diese Technologie ausführlich vor und betrachten außerdem mögliche Anwendungen.

Was ist eine Aluminium-Luft-Batterie?

Der Name lässt es sicherlich bereits vermuten: Aluminium-Luft-Batterien erzeugen elektrische Spannung durch eine chemische Reaktion von Luftsauerstoff mit Aluminium. Bei diesen nicht wiederaufladbaren Primärzellen dient eine Platte aus einer Aluminiumlegierung als Anode. Die weiteren Bestandteile sind die Luftkathode, ein ungiftiger Elektrolyt wie Wasser und ein Silberkatalysator. 

Das Konzept solcher Batterien geht bis in die 1960er Jahre zurück. Da die zunächst verwendeten Elektrolyte jedoch auf gefährliche Weise ätzend und giftig waren, konnten die Batterien lange nicht kommerziell genutzt werden. Trevor Jackson, ein technischer Offizier der britischen Royal Navy, begann 2001, mit der Batterie zu experimentieren. Ihm gelang es, sie für die Verwendung sicher zu machen.

E-Autos spielen eine wichtige Rolle für das Erreichen von Klimaneutralität. Der Markt für Elektrofahrzeuge wird aber vor allem durch die sogenannte Reichweitenangst und Sicherheitsfragen bezüglich Lithium-Ionen-Akkus in seinem Wachstum gebremst. Die von Jackson entwickelte Batterie konnte sich allerdings bislang auch nicht als echte Alternative positionieren.

Das wird für den Eigenbau benötigt

Der Eigenbau einer Aliminium-Luft-Batterie ist wirklich nicht schwer. Für den ersten Prototyp werden die folgenden Bestandteile benötigt:

• etwas Aluminiumfolie

• Küchenrolle

• Wasser

• ein Löffel

• ein Glas oder ein ähnliches Behältnis

• vier Bleistiftminen

• Kochsalz

• ein Kopfhörer mit Klinkenstecker

Mit diesen günstigen und in den meisten Haushalten vorhandenen Komponenten ist es tatsächlich möglich, eine funktionierende Batterie zu konstruieren und Energie zu erzeugen.

Aufbau

In diesem Versuchsaufbau erfahren Sie, wie Sie die einzelnen Komponenten für den Bau der Aluminium-Luft-Batterie kombinieren müssen. Zunächst wird das Glas mit Leitungswasser gefüllt und durch Zugabe von einem Teelöffel Salz eine Kochsalzlösung hergestellt. In diese wird anschließend ein Blatt von der Küchenrolle getaucht. Wenn es ausreichend durchfeuchtet ist, wird es aus der Flüssigkeit genommen.

Im nächsten Schritt werden alle Bleistiftminen so in das feuchte Tuch gewickelt, dass sie etwa einen Zentimeter herausragen. Dabei sollten Sie darauf achten, dass die Küchenrolle möglichst eng an den Bleistiftminen anliegt. Im Anschluss umwickelt man die Minen und das Blatt mit Aluminiumfolie. Um den Stromkreis zu schließen, wird der Klinkenanschluss des Kopfhörers genutzt.

Das Ergebnis dieses kleinen Experiments soll zeigen, wie trotz des sehr einfachen Aufbaus Strom erzeugt werden kann. Bevor wir die genaue Funktionsweise im nächsten Abschnitt erklären, sollten Sie allerdings zunächst in Eigenregie versuchen, mit dem Kopfhörer ein Knacken oder Rauschen zu hören. Dabei ist es wichtig, die richtigen Materialien miteinander in Kontakt zu bringen und das Berühren der falschen zu vermeiden.

Erklärung

Falls Sie das Knacken gehört haben, hat der Versuchsaufbau funktioniert. Die Erklärung dafür ist ebenfalls nicht kompliziert: Die Bleistiftminen setzen sich aus Graphit zusammen, einem weit verbreiteten Kohlenstoffmineral mit einer porösen Struktur. Diese ermöglicht es, kontinuierlich Luftsauerstoff aufzunehmen.

Im Versuch bildet die Alufolie den Minuspol (Anode), während die Bleistiftminen als Pluspol (Kathode) agieren und das mit Salzlösung getränkte Küchenpapier als Elektrolyt dient. Als eigentlicher Reaktionsherd fungiert hier der Luftsauerstoff, der direkt in der Graphitstruktur wirkt.

Interessanterweise besitzt die Aluminium-Luft-Batterie eine weitaus höhere Energiedichte als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien, wenngleich sie als nicht wiederaufladbare Primärzelle konzipiert ist. Bei einer erneuten Verwendung müssten die verbrauchte Aluminiumanode und der Elektrolyt erneuert werden, um wieder optimale Ergebnisse erzielen zu können.

Vor- und Nachteile der Aluminium-Luft-Batterie

Die Verwendung von Aluminium-Luft-Batterien bringt in der Praxis einige typische Vor- und Nachteile mit sich. Ein Minuspunkt springt einem direkt ins Auge: Batterien sind keine Akkus. Sie lassen sich also nicht wieder aufladen, sondern müssen recycelt werden. Diese Tatsache dürfte einer der Hauptgründe sein, weshalb die Aluminium-Luft-Batterie noch nicht als Energielieferant im E-Auto zum Einsatz kommt.

Unternehmen dürften große Probleme damit haben, den Kunden zu erklären, dass sie bei nachlassender Leistung nicht einfach an die nächste Ladesäule fahren und dort den Speicher wieder mit neuer Energie befüllen können. Außerdem würde ein ständiger Austausch der Batterien natürlich Fragen hinsichtlich der Umweltverträglichkeit aufwerfen.

Auf der anderen Seite steht die deutlich höhere Energiedichte im Vergleich zu den Akkumulatoren, die momentan in E-Autos zum Einsatz kommen. Die im militärischen Bereich mittels Aluminium-Luft-Batterien betriebenen Elektrofahrzeuge beweisen das mit eindrucksvollen Daten. Bei gleichem Gewicht und auch ansonsten identischen Bedingungen haben sie eine etwa achtmal so hohe Reichweite wie herkömmliche Elektroautos mit voller Akkuladung.

Weitere Pluspunkte der Alu-Luft-Batterie sind die einfache Funktionsweise und die vergleichsweise niedrigen Kosten der einzelnen Bestandteile. Darüber hinaus können moderne Varianten dieser Batterien selbst über längere Zeiträume gelagert werden, ohne dass es durch Selbstentladung zu nennenswerten Kapazitätsverlusten kommt. Dadurch wäre unter anderem die Nutzung als Notstromaggregat interessant.

FAQ

Uns werden regelmäßig Fragen zum Thema Metall-Luft-Batterien gestellt. Einige davon möchten wir auf diesem Weg für alle interessierten Leser beantworten.

Wie wird eine Alu-Luft-Batterie hergestellt?

Zink-Luft-Batterien nutzen Sauerstoff für die Kathode und bestehen ansonsten aus einer Aluminiumanode sowie einem alkalischen Elektrolyt. Die Metallhälften dienen als Pole und werden durch eine Kunststoffdichtung getrennt. Die Anode besteht in der Regel aus granuliertem Pulver, zur Kontaktverbesserung kommt häufig ein Gelbildner zum Einsatz. 

Was braucht man, um eine Batterie zu bauen?

Um eine Batterie selbst herzustellen, wird zunächst ein Elektrolyt als elektrischer Leiter benötigt. Dafür eignen sich im Prinzip alle säurehaltigen Gemüse- oder Obstsorten, zum Beispiel Zitronen oder Äpfel. Des Weiteren sind eine Anode und eine Kathode notwendig. Hierfür können zwei verschiedene Metalle wie Eisen und Kupfer verwendet werden. Nun kann man die Metallstücke in das Elektrolyt stecken und mit einem per Krokodilklemmen befestigten Stromkabel verbinden. 

Wo verwendet man Aluminium-Luft-Batterien?

Zu den Vorteilen von Aluminium-Luft-Batterien zählen die flache Entladespannung, eine gute Lagerfähigkeit und niedrige Kosten. Darüber hinaus haben sie im Vergleich zu den meisten anderen Primärbatterien eine hohe volumetrische Energiedichte. Aluminium-Luft-Batterien werden daher heutzutage in vielen Formen und Größen hergestellt. Sie kommen unter anderem in Pagern, Hörgeräten und anderen medizinischen Devices von geringer Größe zum Einsatz.

Wie funktioniert eine Magnesium-Luft-Batterie?

Wie der Name es vermuten lässt, haben diese Batterien eine Metall-Anode aus Magnesium, die mit einer Luft-Kathode gepaart ist. Das Elektrolytsystem ist wässrig und in der Regel alkalisch. In einigen Fällen wird auch Meerwasser als Elektrolyt verwendet. Die Magnesium-Luft-Batterie ist zwar eine Primärzelle, kann aber durch den Austausch von Elektrolyt und Anode quasi aufgetankt werden.

Fazit: Alu-Luft-Batterie

Viele Menschen haben sich seit ihrer Kindheit nicht mehr mit Chemie beschäftigt. Energie mit einer selbstgebauten Batterie zu erzeugen, ist daher ein spannendes Projekt für Groß und Klein. Wer möchte sich nicht hin und wieder wie ein Forscher fühlen?

Eine einfache Aluminium-Luft-Batterie ist jedenfalls in wenigen Minuten selbst gebaut – mit durchaus eindrucksvollem Ergebnis. Ob sich diese Technologie irgendwann auf dem Massenmarkt durchsetzen kann, bleibt allerdings abzuwarten.