Die besten Alternativen zu Lithium-Ionen-Akkus

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In der Batterieherstellung will Europa den Anschluss an Asien nicht verlieren. Deshalb entstehen hier in den nächsten Jahren mehrere große Batteriefabriken, in denen Lithium-Ionen-Zellen produziert werden. Doch es gibt längst vielversprechende Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterie: Metall-Luft-Batterien, Festkörper-Akkus und Lithium-Schwefel-Batterien.

Metall-Luft-Batterien

Metall-Luft-Batterien setzen Energie durch die Reaktion eines Metalls mit Sauerstoff frei. Eine spezielle Elektrode gewinnt dabei den Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Weil der Sauerstoff in der Umgebung vorhanden ist und nicht in der Batterie selbst vorgehalten werden muss, haben Metall-Luft-Batterien höhere Energiedichten als Lithium-Ionen-Batterien. Sie können deshalb theoretisch Elektroautos zu hohen Reichweiten und elektronischen Geräten zu einer längeren Nutzungsdauer verhelfen.

Im Rennen sind etwa Magnesium-Luft-Batterien oder Kalium-Luft-Batterien. Magnesium bietet sich an, weil es auf der Erde in großen Mengen vorhanden ist und sich leicht recyceln lässt. Dieser Batterietyp ist aber noch nicht langlebig genug und daher nicht serienreif. Kalium-Luft-Batterien haben ähnliche Vorteile, halten aber ebenfalls noch nicht lange genug durch.

Festkörper-Akkus

Festkörper-Batterien auf Lithiumbasis sind schon näher an der Serienreife. Auch sie haben eine wesentlich höhere Energiedichte und können damit bei gleicher Größe mehr Energie speichern. Der bei Lithium-Ionen-Akkus flüssige Elektrolyt besteht bei Festkörper-Batterien aus einem festen Material, etwa einem keramischen Polymer. Das hat auch den Vorteil, dass die Batterie nicht brennbar ist und keine Explosionsgefahr besteht.

Von allen neuen Akku-Technologien ist das diejenige, auf die die Autoindustrie am meisten setzt. Etablierte Autohersteller wie Ford und Toyota forschen deshalb intensiv an der Festkörper-Batterie. Auch das chinesische Elektroauto-Start-up NIO entwickelt Festkörper-Akkus für Elektroautos gemeinsam mit dem taiwanesischen Zellhersteller ProLogium.

Auch hier müssen Forscher noch weiter tüfteln, bis Festkörper-Akkus marktreif sind. In der Vergangenheit waren sehr lange Ladezeiten ein Problem. Diese konnten Forscher in Jülich inzwischen auf eine Stunde reduzieren.

Lithium-Schwefel-Akkus

Bei Lithium-Schwefel-Akkus besteht die Anode aus Lithium, während die Kathode aus einer Mischung aus Schwefel und Kohlenstoff besteht. Auch dieser Batterietyp verspricht viel höhere Reichweiten für Elektroautos als bisher. Das Problem ist auch hier die zu kurze Lebensdauer. Der Grund dafür sind Schwefelatome, die in den Elektrolyten wandern und ihn funktionsuntüchtig machen.

Forscher an der Technischen Hochschule Chalmers haben nun einen entscheidenden Durchbruch bei Lithium-Schwefel-Akkus erzielt. Ein dünner Schwamm aus Graphen und einem schwefelreichen Gel fungiert dabei als Kathode und Elektrolyt gleichzeitig. Auch hier wandern die Schwefelatome, können dabei aber keinen Schaden in der Batterie anrichten, weil Kathode und Elektrolyt eine Einheit bilden. Diese neue Lithium-Schwefel-Batterie überstand im Labor schon 350 Ladezyklen und verlor dabei nur 15 Prozent ihrer Kapazität. Die Forscher arbeiten nun daran, sie in größerem Maßstab herzustellen.

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