Kalzium will Lithium vom Thron stoßen: Diese neue Batterie übersteigt bereits 1.000 Ladezyklen.

In den letzten Jahren haben Natriumbatterien an Bedeutung gewonnen und gelten als eine der interessantesten Alternativen, um die Abhängigkeit von Lithiumbatterien zu verringern. Doch sie sind nicht die einzigen. Kalzium bahnt sich ebenfalls als möglicher Ersatz für die Energiespeicherung einen Weg, und eine neue Studie von Forschern der Hongkong University of Science and Technology sowie der Shanghai Jiao Tong University hat kürzlich einen besonders bemerkenswerten Fortschritt erzielt.

Das größte Problem der Kaliumbatterien bestand bisher darin, die Kaliumionen in ausreichendem Maße innerhalb der Batterie bewegen zu können. Hinzu kam eine weitere wichtige Herausforderung: die Aufrechterhaltung stabiler Leistungen nach vielen Lade- und Entladezyklen. Die neue Forschung befasst sich genau mit diesen beiden Problemen durch die Entwicklung eines neuen quasi-festen Elektrolyten.

Der Schlüssel liegt in Materialien, die als kovalente organische Strukturen mit Redox-Aktivität bekannt sind und eine poröse Struktur sowie viele Carbonylgruppen aufweisen. Einfach ausgedrückt haben die Forscher ein Art internes Netzwerk geschaffen, das die Bewegung der Kaliumionen innerhalb der Batterie erleichtert. Gerade diese Bewegung hat bislang die Entwicklung dieser Technologie erheblich eingeschränkt.

Die im Labor erzielten Ergebnisse sind äußerst beeindruckend. Die von dem Team entwickelte vollständige Zelle erreichte eine reversible spezifische Kapazität von 155,9 mAh/g und behielt nach 1.000 Lade- und Entladezyklen bei hohem Stromfluss mehr als 74,6 % ihrer Kapazität. Für eine Technologie, die sich noch in der Forschungsphase befindet, handelt es sich um ein bedeutendes Ergebnis.

Die Forschung wurde gemeinsam von Wissenschaftlern der Hongkong University of Science and Technology und der Shanghai Jiao Tong University durchgeführt und in der wissenschaftlichen Zeitschrift Advanced Science veröffentlicht. Die Studie erschien ursprünglich im November 2025 und wurde später in den Band 2026 der Zeitschrift aufgenommen.

Kalzium soll zu einer echten Alternative für Batterien werden

Das Interesse am Calcium ist kein Zufall. Es handelt sich um ein auf der Erde sehr reich vorkommendes Element, das viel leichter verfügbar ist als Lithium – was die Herstellung von Speichersystemen mit potenziell leichter zugänglichen Rohstoffen ermöglicht. Laut den von der Universität selbst veröffentlichten Informationen ist die Erdvorkommen des Calciums deutlich höher als die des Lithiums, was einer der Gründe für das wachsende Interesse an dieser Technologie ist.

Zusätzlich weisen Kaliumbatterien einige elektrochemische Eigenschaften auf, die sie besonders für den Energiespeicherungsbereich interessant machen. Das Problem ist, dass es eine Sache ist, ein reichlich verfügbares Material zu haben, und etwas völlig anderes, eine Batterie zu entwickeln, die in Bezug auf Leistung, Haltbarkeit und Kosten mit den aktuellen Lithiumbatterien konkurrieren kann.

Darum kommt der neue Elektrolyt ins Spiel, den die Forscher entwickelt haben. Die verwendeten Strukturen bilden innere Kanäle, die es ermöglichen, Kaliumionen viel effizienter zu transportieren. Bei Tests bei Raumtemperatur wurde eine ionische Leitfähigkeit von 0,46 mS/cm sowie eine Kaliumübertragungszahl von 0,532 erzielt.

Was wirklich wichtig ist, ist, dass der Fortschritt nicht bei einem isolierten Test von Materialien stehen geblieben ist. Das Team gelang es, eine vollständige Kalzium-Batteriezelle zu bauen und ihr Verhalten über Hunderte von Zyklen hinweg zu prüfen. Dass nach 1.000 Zyklen noch mehr als 74,6 % der Kapazität erhalten bleiben, stellt einen Schritt vorwärts gegenüber einigen der Hauptprobleme dar, die diese Technologie bislang behindert haben.

Dies bedeutet keineswegs, dass wir in naher Zukunft Elektroautos mit Kalziumbatterien sehen werden. Es gibt noch viele Schritte, bevor diese Laborergebnisse in eine kommerzielle Batterie umgesetzt werden können – insbesondere was Energiedichte, Leistung, Verhalten bei unterschiedlichen Temperaturen, Massenproduktion, Kosten und Langlebigkeit unter realen Bedingungen angeht.

Doch das Ergebnis zeigt tatsächlich, dass Kalziumbatterien einige der grundlegenden Hindernisse überwinden beginnen. Dies kann besonders interessant sein bei Anwendungen, in denen Kosten und Verfügbarkeit der Rohstoffe eine große Bedeutung haben – von der stationären Speicherung im Zusammenhang mit erneuerbaren Energien bis hin potenziell zu Elektroautos in der Zukunft.

Tatsächlich zielt die Universität für Wissenschaft und Technologie Hongkong auf Anwendungen ab, die von Energiespeichersystemen für erneuerbare Energien bis hin zu Elektroautos reichen. Das Ziel ist es nicht, morgen die Lithiumbatterien zu ersetzen, sondern zu zeigen, dass es alternative Wege gibt, die eine ausreichend hohe Leistung bieten, um weitere Forschungen zu rechtfertigen.

Und hier liegt vermutlich der interessanteste Teil. Der Wettlauf um die Batterie der Zukunft beschränkt sich nicht auf eine einzige Technologie. Natrium, Kalzium, Batterien mit festem Elektrolyt und andere Lösungen entwickeln sich parallel weiter. Einige werden letztendlich eine wichtige Rolle in Elektroautos spielen, während andere ihren Platz im Stromspeichern finden könnten.

Für den Moment ist die von diesen Forschern entwickelte Kaliumbatterie lediglich ein Laborprototyp. Doch die Tatsache, dass es gelungen ist, einen quasi festen Elektrolyten zu kombinieren, der den Transport von Kaliumionen erleichtert, zusammen mit einer Lebensdauer von 1.000 Zyklen, zeigt, dass diese Chemie nicht länger nur als theoretische Alternative angesehen werden kann. Kalium klopft ernsthaft an die Tür der Batterien der nächsten Generation.

Quelle | Advanced

Kernpunkte

Forscher aus Hongkong und Shanghai haben eine neue Kaliumbatterie entwickelt.

Sie verwendet einen quasi festen Elektrolyten, der auf kovalenten organischen Strukturen beruht.

Die neue Struktur erleichtert den Transport von Kaliumionen.

Die Zelle erreichte eine reversible spezifische Kapazität von 155,9 mAh/g.

Sie behielt nach 1.000 Zyklen mehr als 74,6 % ihrer Kapazität bei.

Kalzium ist weitaus reichlicher vorhanden als Lithium und könnte die Abhängigkeit von knapperen Rohstoffen verringern.

Es handelt sich noch um eine experimentelle Technologie, und es gibt erhebliche Herausforderungen, bevor sie in Elektroautos eingesetzt werden kann.

Statisches Speichern sowie erneuerbare Energien könnten zu den ersten Anwendungsgebieten gehören.