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Seit meiner Kindheit bin ich ein großer Superhelden  Fan. Wenn ich deswegen Veröffentlichungen finde wo das Wort ‘super‘ im Titel steht, kann ich in der Regel nicht widerstehen…

So bin ich auch auf den Artikel: A lithium-oxygen battery based on lithium superoxide vom Januar 2016 gestoßen. Da ich kein Chemiker bin, wusste ich gar nicht, dass es Superoxide gibt und musste total begeisetert erstmal länger darüber meditieren, ob ich nicht das Falsche studiert habe… Superoxide werden im Deutschen auch Hyperoxide genannt (was mich wieder einige Meditationsrunden gekostet hat…), haben aber nicht so viel mit den Comics aus meiner Jugend oder neuen Marvelfilmen zu tun, sondern sind chemische Verbindungen, die das vom Sauerstoff abgeleitete Dioxid (-1) Anion enthalten. Da mir diese Wikipediaerklärung leider nicht weitergeholfen hat, habe ich mit mäßigem Erfolg in meiner Familie nachgefragt:

Figure 1

Schlauer war ich dann nicht, aber allgemein kann man sich es so vorstellen, dass das Sauerstoff in dem Lithiumsuperoxid einfach negativ geladen ist und das Molekül dadurch besondere Eigenschaften bekommt. Mehr müssen wir dafür eigentlich nicht wissen.

Die Meisten wissen wahrscheinlich das Lithium öfters in Batterien benutzt wird. Lithium als Superoxid (LiO2) ist ein Material, dass über Eigenschaften verfügt die in Batterien sehr toll sind. Z. B. eine hohe Energiedichte. Das heißt, dass viel Energie auf einem kleinen Raum gespeichert werden kann. Das Problem ist nur, dass LiO2 nicht (thermodynamisch, für die Gymnasiallehrer…) stabil ist und sofort zu Lithiumoxid Li2O2 (ohne super…) weiter reagiert. Forscher aus den USA und Südkorea haben in dem Artikel einen Weg gefunden Lithiumsuperoxid herzustellen, welches nicht zu Lithiumoxid weiterreagiert und über mehrere Be- und Entladezyklen mit niedrigen Voltzahlen (3.2 eV) stabil bleibt. Sie benutzen Iridiumnanopartikel die auf einer Graphenelektrode (auch nano) sitzen. Diese Iridiumnanopartikel wirken als Stabilisator. Sie sorgen dafür, dass das Lithiumsuperoxid keine Lust mehr hat sich zu Lithiumoxid weiterzuentwickeln. Die Forscher konnten nachweisen, dass selbst nach sieben Tagen kein Lithiumoxid nachzuweisen ist. Sieben Tage ist für Handybesitzer vielleicht nicht so viel, aber für Labormaßstab ist das schon sehr gut. Als Vergleich fällt mir noch was anderes ein, was angeblich sieben Tage lang ‘getestet‘ wurde und sogar bis heute hält…

Zu der Frage nach den Mechanismen, die das Lithiumsuperoxid stabil halten, schreiben die Autoren leider nur:

“An explanation of the formation mechanisms and stability of the LiO2 found in this study requires an understanding oft he growth mechanism and nucleation process, which is quite complex and beyond the scope of the present study.“

Was zwar sehr schade ist, aber da die Study ‘nur‘ ein Proof of Concept ist können wir uns sehr auf die zukünftigen Erklärungen und Untersuchungen freuen.

Die Ergebnisse dieser Arbeit sind superspannend, da sie den Weg für Batterien die eine sehr hohe Energiedicht aufweisen öffnet und Energiespeicherung eines der großen Themen der nächsten Jahrzehnte ist. Ich glaube um den Mehrwert dieser Arbeit zu untermauern, ist es wichtig zu verstehen, dass die Autoren sehr viel Arbeit investieren mussten um zu zeigen, dass das sich Lithiumsuperoxid tatsächlich nicht zu Lithiumoxid weiterentwickelt und das Verständnis der Mechanismen tatsächlich erst der nächste Schritt ist.

 

Kommentare (8)

  1. #1 hmann
    11. März 2018

    Eine super Neuigkeit. Jetzt müsste man nur noch die Speicherdichte von Lithiumdioxid wissen.
    Lithium-Luft Akkumulatoren haben ja eine sehr hohe Speicherdichte.

    • #2 samir
      12. März 2018

      Ja das stimmt. In dem Artikel wird leider nicht näher darauf eingegangen und ich habe es nicht rausgesucht, aber interessant ist es…

  2. #3 tomtoo
    11. März 2018

    @samir
    Wasserstoffper(super)oxid war in grauer Steinzeit der Freund aller Friseure, um Blondinen am Fließband herzustellen. Jetzt gabs mal wieder eine Hype, um Acetonperoxid(Apex) herzustellen. Das Zeugs soll durchaus noch mehr Sprengkraft als die ein oder andere Blondine besitzen. Egal, Scherz beiseite. Warum eignet sich Lithiumperoxyd besser ? Anders ausgedrückt, wie steigert es die Energiedichte ?

  3. #4 tomtoo
    11. März 2018

    @samir
    Superhelden ? Bitte sag mir jetzt nicht das dein Lieblingssuperhelt ausgerechnet Antman ist ? ; )

    • #5 samir
      12. März 2018

      Ne, Batman natürlich, obwohl man Antman auch mal unter die Lupe nehmen könnte…

  4. #6 hmann
    11. März 2018

    tomtoo,
    das Problem scheint technischer Natur zu sein.
    https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Luft-Akkumulator

  5. #7 Chemiker
    12. März 2018

    @tomtoo

    Vor sehr langer Zeit hat man Peroxide (O₂²⁻) als „Super­oxi­de“ bezeichnet, z.B. Wasser­stoff­(su)per­oxid oder Barium­(su)per­oxid BaO₂ oder Kalium­(su)per­oxid K₂O₂. Heute heißen die universell „Peroxide“.

    Die Hyperoxide (die auf Englisch dum­mer­weise Super­oxide heißen) sind aber eine andere Stoff­klasse, mit dem Radikal­anion O₂⁻, z.B. KO₂ (bildet sich beim Ver­bren­nen von Kalium an der Luft) oder eben LiO₂.

    (Es gibt auch noch Ozonide, z.B. KO₃, und andere schräge Oxide wie Cs₇O).

  6. #8 tomtoo
    12. März 2018

    @Chemiker
    Danke ! Da war ich wohl nicht aufmerksam genug. Also geht es um ein im Deutschen Hyperoxid.