Umweltfreundlich, günstig und leicht
Nicht nur weil Österreich große Magnesiumvorkommen hat, setzen heimische Forscher auf Magnesiumbatterien für Handy, Laptop oder Elektroauto.
Selbst renommierten Batterieforschern passiert es hin und wieder, dass der Akku im Handy ausgeht. Atanaska Trifonova hat über 20 Jahre Erfahrung in der Batterieforschung, vor allem mit Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in Handys, Laptops, Kameras oder Elektroautos vorkommen. Sie wurde heuer als erste Frau am Austrian Institute of Technology, AIT, zum Principal Scientist ernannt.
„Wenn ein Handyakku schnell leer ist, kann es der Fehler des Anwenders sein, wenn zu viele Apps im Hintergrund noch offen sind. Denn Lithium-Ionen-Batterien sind die beste Technologie, die je in dem Bereich entwickelt wurde“, betont Trifonova. Sonst wären 2015 nicht über sieben Milliarden solcher Batterien verkauft worden.
Trotz allen Fortschritts in dieser Technologie besteht noch Optimierungspotenzial. „Das geht schrittweise, die Zellen und die Zellchemie im Inneren der Batterie können verbessert werden, um Lebensdauer und Energiedichte zu erhöhen“, sagt Trifonova. Getestet werden neue Entwicklungen meistens an gewöhnlicher Elektronik, in tragbaren Geräten, wie wir sie alle kennen. „Durch die Nutzung der Konsumenten zeigt sich, welche Neuheiten geeignet sind für ein Upscaling, also um aus ihnen größere Batterien zu machen – etwa für Elektroautos.“
So sagt Trifonova etwa Hochspannungs-Lithium-Ionen-Batterien eine große Zukunft voraus, die auf kleinerem Raum mehr Energie speichern. Dies führt zur Gewichtsund Preissenkung. Die Forschung sucht auch Alternativen, die den Einsatz der begrenzten Ressource Lithium ersetzen oder verringern.
An vorderster Stelle stehen Lithium-Schwefel- oder LithiumLuft-Batterien, die zwei- bis dreimal so viel Kapazität hätten als bisherige Modelle und Kosten, Ressourcen und Akku-Gewicht reduzieren würden. „Aber die Alternativen sind noch in der Entwicklungsphase und nicht für die Praxis einsetzbar.“In kleinem Maßstab werden Metall-Luft-Batterien zwar in neuartigen Hörgeräten verwendet, doch diese sind nicht aufladbar. „Für Mikrobatterien im MedizinBereich werden sogar FestkörperBatterien schon eingesetzt, die ohne flüssigen Elektrolyt auskommen und auch eine Zukunftshoffnung der Batterieforscher sind.“
Pioniere in Europa
Trifonova setzt mit ihrem Team besonders auf die Technologie der Magnesiumbatterien: Sie sind leichter, billiger und – weil man sie gut recyclen könnte – umweltfreundlicher als Lithium-IonenBatterien. Europaweit sind die Wiener unter den Ersten, die dafür Komponenten im Labormaßstab entwickeln und testen. „Der Rohstoff wird in Österreich gewonnen, es gibt hier das weltweit achtgrößte Magnesiumvorkommen“, berichtet Trifonova, gebürtige Bulgarin. Die heimische Industrie der Magnesium-Verarbeitung und das Knowhow über das Leichtmetall soll nicht ungenutzt bleiben: „Unser Ziel ist, eine Magnesiumbatterie zu entwickeln, deren Komponenten und Rohstoffe aus Österreich kommen“, sagt Trifonova.
Zweitnutzung von Akkus
Sie interessiert nicht nur der Anfang einer neuen Technologie, sondern auch das Ende: Was passiert mit einem Akku, wenn er nicht mehr genug Power liefert? Second Life nennt sich der Forschungszweig, in dem untersucht wird, wie man ausrangierte Batterien anderweitig nutzt. Büßt etwa ein Akku aus einem Elektroauto an Energiedichte ein, liefert er nicht mehr die volle Leistung und ist für den Fahrbetrieb untauglich. Sammelt man die ausrangierten Batterien, kann man die restliche Speicherkraft nutzen, um einzelne Haushalte mit Energie zu versorgen. „Auch das Speichern von alternativ erzeugten Energien wie Windkraft und Fotovoltaik kann in einem Second-LifeZyklus erfolgen“, so Trifonova.
Dazu muss man aber bei jedem Akku wissen, wie es um seine Gesundheit steht: Wie sieht es in seinem Inneren aus, zahlt sich eine Zweitnutzung überhaupt aus, oder kann man einzelne Zellen ersetzen? „Wir haben neuste Diagnostikverfahren und Messstationen entwickelt, um die Gesundheit im Inneren von Batteriezellen genau zu erkennen.“
werden seit 1991 eingesetzt, die ersten kommerziellen Lithium-Ionen-Zellen brachte Sony auf den Markt. Heute speichern Lithiumakkus dreimal mehr Energie pro Gewichtseinheit als die ersten Akkus vor 25 Jahren. Sie kosten aber nur noch ein Zehntel. Vor zehn Jahren kamen erste Technologien für Elektroautos auf den Markt mit Batteriezellen aus LithiumEisenphosphat. Für zukünftige Akkus wird auch auf Magnesium-, Natriumoder Festkörper-Technologien gesetzt.