Wunderakkus: Welche Technologien sind am Start?

Warning: Undefined variable $output in /homepages/33/d267726697/htdocs/clickandbuilds/energyload/wp-content/plugins/wordpress-plugin-for-simple-google-adsense-insertion/WP-Simple-Adsense-Insertion.php on line 72

Neue Akkutechnologien sollen Elektroautos zu sagenhaften Reichweiten verhelfen und in wenigen Minuten aufgeladen sein. Für Laien ist es oft schwer, die Technologien zu bewerten. Das Magazin Edison hat mit dem Batterieexperten Maximilian Fichtner gesprochen und die besten neuen Akkus herausgefiltert.

Was wurde aus NanoFlowCell?

Das bekannteste Beispiel für einen Wunderakku, aus dem nichts wurde, ist wohl NanoFlowCell. Das angeblich revolutionäre Konzept ist in der Versenkung verschwunden. Es ist nicht das erste Mal, dass ein Durchbruch in der Akkutechnologie gemeldet wird, der es aber nie in die praktische Anwendung schafft. Für den Batterieexperten Professor Maximilian Fichtner gibt es jedoch eine Handvoll Batterietechnologien, die wirklich vielversprechend sind.

Vier Ansätze mit Zukunftspotenzial

Fichtner lehrt Festkörperchemie an der Universität Ulm und leitet die Abteilung für Energiespeichersysteme am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Die besten aktuellen Technologien sind für ihn der „Zwei-Millionen-Meilen-Akku“ von Jeff Dahn, die SALD-Batterien, Natrium-Ionen-Akkus und Feststoffbatterien. Fichtner will aber nicht von Wunder-Akkus sprechen: „Aus meiner Sicht sind das alles keine Wunder-Akkus, sondern technische Entwicklungen, die hier und da einen technischen Fortschritt versprechen“, sagte Fichtner gegenüber Edison.

Die Zwei-Millionen-Meilen-Batterie: Ideal zur Netzstabilisierung

Der „Zwei-Millionen-Meilen-Akku“ wird von Jeff Dahn für Tesla entwickelt. Der Akku soll 3,6 Millionen Kilometer durchhalten, ohne dabei groß an Leistung zu verlieren. Im Oktober 2020 stellte Dahn eine Batteriezelle vor, die 10.000 Ladezyklen übersteht. Bei einem Elektroauto würde dies bei 350 Kilometern Reichweite einer Fahrleistung von über drei Millionen Kilometern entsprechen. Die langlebigen Superakkus von Jeff Dahn sollen über Vehicle-2-Grid als flexible Speicher für Erneuerbare Energien ins intelligente Stromnetz eingebunden werden.

Gleichzeitig geht es bei Wunderakkus nicht nur um die reine Kapazität. Wichtig ist auch eine hohe Sicherheit und schnelles Aufladen, und das Ganze zu niedrigeren Kosten pro Kilowattstunde als heute. Aktuelle Akkus in Elektroautos halten 1.500 bis 2.500 Ladezyklen durch und haben danach noch 70 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität.

Batterieforscher Fichtner sieht Potenzial in Dahns Ansatz. Er kommentiert: „Jeff Dahns bisherige Entwicklungen gingen in die Richtung, die Pulverpartikel des Speichermaterials als perfekte Kristallpartikel herzustellen, welche weniger durch den Elektrolyten angegriffen werden können. Dadurch halten sie bedeutend länger. Zusätzlich ist er dabei, durch gezielte kleine Veränderungen in der Materialzusammensetzung diese weiter zu stabilisieren. Das halte ich für durchaus machbar und die bisherigen Materialien von Tesla zeigen ja auch, dass das prinzipiell geht.“

Die SALD-Batterie: Superschnelles Laden

Die SALD-Batterie (Spatial Atom Layer Deposition) soll in 15 Minuten Strom für über 1.000 Kilometer Reichweite laden. Es handelt sich dabei um keinen neuen Akkutyp, sondern um eine verbesserte Lithium-Ionen-Batterie. Dabei werden die Zellen mit einer ultradünnen Molekülbeschichtung ummantelt, was den Fluss der Ionen zwischen Kathode und Anode deutlich erleichtern soll. Das erhöht sowohl die Sicherheit als auch die Langlebigkeit und soll wie schon erwähnt für extrem schnelles Laden sorgen.

Fichtner hält dieses Konzept zwar für machbar, allerdings nicht für den Automobilbereich: „Ich halte das für eine technische Lösung, die möglicherweise sinnvoll für Kleinstbatterien ist, da es dort nicht so sehr auf die Kosten ankommt. Im Automobilbereich kann ich mir solche Batterien nicht vorstellen“, lautet sein Fazit.

Feststoffbatterien: Die nächste Batteriegeneration

An Feststoffbatterien wird weltweit fieberhaft gearbeitet. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis sie serienreif sind. Sie bieten ebenfalls schnelles Laden und eine verbesserte Energiedichte für höhere Reichweiten. Der wichtigste Unterschied zwischen heutigen Akkus und Feststoffakkus ist der Elektrolyt: Er ist fest statt flüssig und sorgt für mehr Sicherheit, da er nicht brennbar ist. Die Kathode der Batterie besteht zudem aus Lithium und nicht mehr aus Graphit, was sie deutlich leichter macht. Fichtner schätzt den Reichweitengewinn durch Feststoffbatterien auf 30 bis 40 Prozent.

Allerdings gibt es in der Praxis noch Probleme: „Die Schwierigkeit ist, das so zu fertigen, dass die Anordnung über lange Zeit stabil ist und die vielen kleinen Kontaktflächen der verschiedenen Festkörper beim Be- und Entladen nicht abreißen“, so Fichtner. Wann die Zellen marktreif sind, ist deshalb noch offen, obwohl weltweit diverse Start-ups und große Unternehmen daran arbeiten.

Natrium-Ionen-Batterien: Günstig und umweltfreundlich

Auch an Natrium-Ionen-Batterien wird schon lange geforscht. Ihr großer Vorteil ist, dass sie ohne Lithium, Nickel und Kobalt auskommen. Das macht sie nicht nur viel günstiger, sondern auch umweltfreundlicher und robuster, vor allem bei Minusgraden. Auch Natrium-Ionen-Batterien lassen sich schnell aufladen. Der chinesische Batteriehersteller CATL hat für 2023 eine solche Batterie angekündigt.

Fichtner zeigte sich Edison gegenüber sehr überzeugt von der Technologie. Für ihn sind Natrium-Ionen-Batterien eine der aufregendsten Neuentwicklungen zurzeit. „Man hat hier die Perspektive, recht leistungsfähige Batterien auf einer nachhaltigen Materialbasis zu bauen. Ich denke, das System wird eine große Zukunft haben und es kann eine große Entlastung bringen für die angespannte Rohstoffsituation im Li-Markt. Vor ein paar Jahren wurde das noch als Spielerei und exotisch abgetan. Mittlerweile sind die Zellen marktreif.“

Ein Nachteil von Natrium-Ionen-Akkus ist ihre vergleichsweise geringe Energiedichte, auch wenn es hier langsam Fortschritte gibt. Angeblich ist es CATL bereits gelungen, die Energiedichte um 25 Prozent auf 200 Wh/kg zu erhöhen.

Quellen / Weiterlesen