Die Sulfid-Braunstein-Batterie und elektrochemische Energiequellen in der Wächtershäuserschen Hypothese zur Entstehung des Lebens

Zusammenfassung.

 In einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung [1] konnten wir zeigen, dass elementarer Schwefel bei Raumtemperatur als ausgezeichnetes Kathodenmaterial in Zink-Schwefel-Batterien dienen kann, weil er an Eisen(II)sulfidelektroden mit großer Geschwindigkeit reduziert wird. In diesem Zusammenhang wurde der elektrochemische Umsatz von elementarem Schwefel an Eisen(II)sulfid in Meerwasser diskutiert, welcher eine der Energiequellen gewesen sein könnte, die bei der Entstehung des Lebens eine Rolle gespielt haben. In der Wächtershäuserschen Theorie stehen die exergonische Pyritbildungsreaktion aus Eisensulfid und Schwefelwasserstoff und die folgende Reduktion von Kohlendioxid am Anfang der Entwicklung des Lebens. Wir konnten nun zeigen, dass Sulfidionen an Eisensulfid mit großer Schnelligkeit zu Disulfidionen oxidiert werden, was zur Konstruktion einer Sulfid-Braunstein-Batterie führte, deren Ruheklemmenspannung bei 0.8 V liegt und deren Kapazitäten und spezifische Energiedichten denen der käuflichen Zink-Braunstein-Zellen vergleichbar sind. Eine elektrochemische Zelle, an der kathodisch an Eisen(II)sulfid Schwefel reduziert wird und anodisch ebenfalls an Eisen(II)sulfid Sulfidionen zu Disulfidionen oxidiert werden, liefert bei 95°C eine Spannung von etwa 0.4 V. Eine solche Energiequelle könnte in einer Eisen-Schwefel-Welt von einem sich entwickelnden Leben genutzt worden sein.

Summary.

 Recently we could show that elementary sulfur is an excellent cathode material at room temperature in zinc-sulfur batteries as it is reduced rapidly in aqueous solutions on the surface of iron sulfide electrodes [1]. In this context, the electrochemical reaction of solid elementary sulfur on iron sulfide surfaces in sea water was discussed which could have been one of the energy sources playing a role in the development of life. In the theory of Wächtershäuser, the first energy source of life is the formation of pyrite from iron sulfide and hydrogen sulfide, and the first step is the reduction of carbon dioxide on iron sulfide surfaces.

We could show that sulfide ions are oxidized rapidly to disulfide ions on the surface of iron sulfide. The capacity and the specific energy of a sulfide-manganese dioxide battery with an open cell voltage of about 0.8 V are comparable to those of commercially available zinc-manganese dioxide batteries. An electrochemical cell where sulfur is reduced on the surface of an iron sulfide cathode and sulfide ions are oxidized on the surface of an iron sulfide anode affords an open-cell voltage of about 0.4 V at 95°C.