Eine Batterie, die länger als 30 Jahre nicht aufgeladen werden muss: Die USA wollen dies mit einem Material erreichen, das niemand in der Nähe haben möchte

27/09/2026 12:30

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27/09/2026 12:30

Die langjährige Betriebsfähigkeit bestimmter Geräte ohne Austausch der Batterien bleibt eine Herausforderung für die Luftfahrtindustrie sowie für Überwachungssysteme in abgelegenen Gebieten. Solarmodule sind nicht immer praktikabel, und chemische Batterien haben eine begrenzte Kapazität – insbesondere bei Geräten, die kontinuierlich funktionieren müssen. Um dieses Problem zu lösen, forscht die Vereinigten Staaten an einer Technologie, die über Jahrzehnte hinweg Strom aus einem Material erzeugen kann, das normalerweise eine kontrollierte Lagerung erfordert.

Die Initiative erhält eine Finanzierung in Höhe von 3,37 Millionen US-Dollar von DARPA, der Forschungsagentur des US-Verteidigungsministeriums, und wird von der Morgan State University geleitet. Unter dem Namen SYMPHONEE zielt das Projekt darauf ab, eine Kernbatterie zu entwickeln, die die Strahlung von Strontium-90 nutzt, um elektronische Geräte über einen langen Zeitraum mit Energie zu versorgen. Ihre Hauptbesonderheit besteht darin, dass sie nicht aufgeladen werden muss, um weiterhin Strom zu erzeugen, obwohl ihre Entwicklung noch bedeutende technische und Sicherheitsaufgaben meistern muss.

Strontium-90 ermöglicht es, Strom zu erzeugen, ohne von einer externen Energiequelle abhängig zu sein.

Die Technologie, an der das amerikanische Konsortium forscht, wird als Betavoltaiik bezeichnet und nutzt Halbleiter, um die Energie bestimmter radioaktiver Strahlungen in elektrischen Strom umzuwandeln. Wenn Beta-Teilchen diese Materialien durchdringen, übertragen sie einen Teil ihrer Energie und erzeugen elektrische Ladungen, die durch einen Schaltkreis genutzt werden können. Der Funktionsweise ähnelt der einer Photovoltaizelle, mit dem Unterschied, dass sie kein Sonnenlicht benötigt, da die Energie aus der eigenen Zerfallskraft des radioaktiven Materials stammt.

Strontium-90 ist für diese Anwendung besonders interessant, da seine Halbwertszeit bei etwa 29 Jahren liegt – in diesem Zeitraum halbiert sich seine radioaktive Aktivität. Zudem erzeugt seine Umwandlung in Yttrium-90 ein weiteres radioaktives Element, das ebenfalls Beta-Teilchen abgibt, bevor es zu stabilem Zirkon wird. Diese Zerfallskette ermöglicht eine langanhaltende Energieversorgung, wobei die Stromerzeugung im Laufe der Zeit allmählich abnimmt und keine konstante Leistung über die gesamte Lebensdauer des Geräts gewährleistet wird.

Die möglichen Anwendungen dieser Technologie konzentrieren sich auf Geräte, die eine geringe, aber über besonders lange Zeiträume anhaltende Stromversorgung benötigen. Dazu gehören wissenschaftliche Instrumente, die an unzugänglichen Orten installiert sind, Überwachungssensoren, bestimmte Unterwassersysteme sowie Geräte, die in Raumfahrtmissionen eingesetzt werden. Allerdings bleibt die Erhöhung der verfügbaren Elektrizität eine der größten Einschränkungen von Betavoltzbatterien, deren Leistung in kommerziellen Anwendungen in der Regel im Bereich von Nanowatt oder Mikrowatt liegt.

Die Vereinigten Staaten möchten die Leistung dieser Batterien erhöhen, doch es bestehen noch erhebliche Hindernisse.

Das DARPA-Programm Rads to Watts setzt sich unter anderem zum Ziel, eine Leistungsdichte von über 10 Watt pro Kilogramm zu erreichen – ein Maßstab, der es ermöglichen würde, die Anwendungsmöglichkeiten dieser Geräte zu erweitern. Frühere Forschungen haben bereits gezeigt, dass es möglich ist, die Stromerzeugung durch die Kombination von radioaktiven Materialien und Halbleitern zu steigern. Tatsächlich schlug eine in Scientific Reports veröffentlichte Studie einen ein-Watt-Akku vor, der aus 35 Modulen besteht, wobei 45 Mikrometer dicke Strontium-90-Schichten mit Siliziumdioden abwechselnd angeordnet sind, um die Energie der emittierten Teilchen zu nutzen.

In den Versuchen dieser Forschung wurden Umwandlungsrenditen von 16 % bis 19 % erzielt, obwohl zur Simulation der radioaktiven Emissionen ein Elektronenbeschleuniger verwendet wurde. Daher belegen diese Ergebnisse nicht, dass bereits eine Strontium-90-Batterie vorhanden ist, die über Jahrzehnte hinweg diese Leistung aufrechterhalten kann.

Auch die Sicherheit wird jede kommerzielle oder militärische Anwendung dieser Technologie beeinflussen, da Strontium-90 gesundheitliche Risiken darstellt, falls es in den Körper gelangt, und aufgrund seines chemischen Verhaltens, das dem des Kalziums ähnelt, in den Knochen angesammelt werden kann. Seine Rückgewinnung aus nuklearen Abfällen erfordert Trenn- und Reinigungsprozesse sowie geeignete Einbettungs- und Schutzsysteme, um eine Exposition sowie einen versehentlichen Ausstoß des Materials zu verhindern.