Das Chemielabor von Prof. Birgit Esser entspricht fast schon dem Klischee: Hinter einer Schiebeglaswand viele Gefäße, Schläuche, Flüssigkeiten in allen möglichen Farben, auf der Glasscheibe alle möglichen chemische Kennzahlen in Edding geschrieben, als Besucher blickt man kaum durch.

Wichtig ist, dass hinter dieser Glaswand aus einer gelblichen Flüssigkeit ein unscheinbares weißes Pulver entsteht: Ein organischer Kunststoff mit dem unaussprechlichem Namen (Poly)vinylphenothiacin - die Schlüsselsubstanz für die neuartigen Batterien. Es klingt zunächst seltsam: Kunststoff leitet bekanntlich keinen Strom. Deshalb wird er mit einem stromleitenden Ruß vermischt. Der wiederum macht die Mischung rabenschwarz. Die Ruß-Kunststoff-Mischung wird dann auf eine dünne Aluminiumfolie aufgetragen, daraus werden wiederum 1-cent-große Scheiben herausgeschnitten.

Die mit rußigem Kunststoff beschichteten, ausgestanzten Aluminiumscheiben sind schon die halbe Batterie. Genauer die Kathode, also der Teil der Batterie, zu dem die Elektronen hinfließen. Das Gegenstück, die Anode, besteht für die Entwicklungsphase noch aus Lithium. „Für die Anode entwickeln wir parallel andere Materialien – ebenfalls aus organischem Kunststoff. Wir wollen am Ende eine Batterie bauen, die auf beiden Seiten aus Polymeren besteht“, sagt Esser.

Viele Vorteile: Langlebig, schnell ladbar, biegsam - und ohne Schwermetalle

Die Batterien, die Birgit Essers zusammen mit dem Batterieforschungszentrum in Münster entwickelt hat, hätten in der Praxis viele Vorteile. Sie sind sehr langlebig und sie lassen sich schnell laden – viel schneller als ein Handy heute. „Wir waren ganz überrascht: Wir können unsere Batterie in drei Minuten laden und entladen – und das 10.000 Mal hintereinander, bei nur 7 Prozent Verlust. Ein normaler Handy-Akku lässt nach 1000-2000 Zyklen schon deutlich nach.“

Ein weiterer Vorteil: Da die Batterie letztlich aus einer ausgestanzten beschichten Folie besteht, ist sie biegsam. Sie würde sich damit auch für elektronische Geräte eignen, die in Textilien eingearbeitet sind – sogenannte „intelligente“ Kleidung. Aber auch für Smartphones: Die Batterie kann schließlich auch in ein Gehäuse ähnlich einer herkömmlichen Knopfbatterie eingebaut werden – wobei das ebenfalls aus Kunststoff bestehen kann.

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Dadurch ergeben sich auch Umweltvorteile: Die Batterie würde am Ende keine Schwermetalle enthalten, kein Kobalt, kein Nickel - sie wären kein Problemstoff mehr. Umweltfreundlicher wäre auch die Herstellung: Um Kunststoff zu verarbeiten, ist weniger Energie notwendig als bei Metall. Ein entscheidender Schritt bei der Entwicklung war dabei die Entwicklung des geeigneten Kunststoffs und der in ihm aktiven Molekülgruppen.

Der Haken?

Bleibt aus ökologischer Sicht der Minuspunkt, dass Kunststoff aus Erdöl besteht – aber auch das muss ja nicht so bleiben. Polyvenylphenothiacin ließe sich ebenso aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen.

Die Idee, Batterien aus Kunststoffen herzustellen, ist nicht neu. Forscher aus Jena präsentierten vor zwei Jahren sogenannte Redox-Flow-Akkus, bestehend aus einer Kochsalzlösung und Membranen aus Kunststoff. Die haben auch ihre Vorteile, sind aber schlecht transportierbar, im Gegensatz zu den Kunststoff-Batterien aus Freiburg und Münster.

Birgit Esser und ihre Kollegen haben jetzt ein Patent angemeldet. Sobald es genehmigt ist, sind Gespräche mit Industriepartnern geplant, um das Ganze größer aufzuziehen. Birgit Esser hofft so dazu beizutragen, dass herkömmliche Problemstoff-Batterien durch umweltfreundliche abgelöst werden. An den Kosten würde es jedenfalls nicht scheitern, meint sie.

Und warum ist es nicht möglich, einen Akku zu bauen, mit dem das Handy eine Woche durchhält?

„Das wäre möglich“, erklärt Experte Placke. „Aber dann müsste der Akku deutlich größer sein und das Handy wäre ein Klotz.“

Die Energiedichte von Akkus lässt sich erhöhen, indem man bessere Aktivmaterialien (speichern Lithium) oder weniger inaktive Materialien (sorgen für längere Lebensdauer bzw. Sicherheit) verbaut.

„Wenn man den Anteil an Inaktivmaterialien allerdings zu stark herabsetzt bzw. die Akkus zu dünn baut, wird insbesondere die Sicherheit aufs Spiel gesetzt“, so Experte Placke.

Wohin das führen kann, zeigte sich im vergangenen Jahr beim Samsung-Smartphone Galaxy Note 7. In dem Modell überhitzten mehrfach die Akkus und gerieten in Brand, so dass es schließlich vom Markt genommen wurde.

„Hier wurden die Akkus sehr dünn gebaut. Allerdings konnte die mechanische Stabilität nicht gewährleistet werden, wodurch es zu Kurzschlüssen kam.“

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Nach dem Schwung an Smartphones aus China mit einem an drei Seiten randlosen Design scheint es derzeit mehr um die Fullscreen-Ästhetik die vom Galaxy S8 und dem LG G6 angetrieben wurde zu gehen. Das neue Umidigi S2 Pro folgt diesem Trend mit einem riesigen 5,99-Zoll Display in schlankem Formfaktor und legt an einer Stelle besonders nach: der Batterie. Hier wird eine 5.100mAh Batterie verbaut, die locker zwei Tage reichen dürfte.

Der Rest der Spezifikationen ist klassisch. Helio P25 Prozessor, 6GB RAM, 64GB Speicher, Metall-Unibody und eine Dualkamera mit 13 Megapixeln vs. 5 Megapixeln mit Sony Sensor. Im Oktober will Umidigi mit dem S2 Pro auf den Markt kommen. Man darf gespannt sein für welchen Preis. Aber wir erwarten auch da eher eine Kampfansage.

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