Bringt ein Koch­salz-ak­ku den Durch­bruch?

For­scher su­chen nach Al­ter­na­ti­ven zu jet­zi­gen Bat­te­ri­en und se­hen gro­ße Chan­cen bei ei­nem bil­li­gen Roh­stoff

Thüringer Allgemeine (Eichsfeld) - - Ratgeber -

Ob im Smart­pho­ne, im Lap­top oder zu­neh­mend in Elek­tro­au­tos, die fast laut­los über die Stra­ßen rol­len: Ein leis­tungs­star­ker Ak­ku sorgt da­für, dass mo­bi­len Ge­rä­ten im All­tag un­ter­wegs nicht die Ener­gie aus­geht. Noch ist es in den al­ler­meis­ten Fäl­len ein Li­thi­um-io­nen-ak­ku, der im In­nern ver­baut ist. Die Tech­no­lo­gie ist seit Jah­ren in der In­dus­trie un­be­strit­ten das Maß der Din­ge, was Ener­gie­dich­te, Reich­wei­te, Lang­le­big­keit und Preis an­geht. Doch so gut Li­thi­umio­nen-ak­kus sind, sie ha­ben auch ge­wich­ti­ge Nach­tei­le.

Die be­nö­tig­ten Roh­stof­fe könn­ten in ei­ni­gen Jah­ren knapp und da­mit teu­rer wer­den. Bis zum Jahr 2030 wird die Bat­te­rie­pro­duk­ti­on al­lein in Eu­ro­pa von heu­te jähr­lich 38 Gi­ga­watt­stun­den auf 576 Gi­ga­watt­stun­den um das Fünf­zehn­fa­che stei­gern, schätzt das Fraun­ho­ferin­sti­tut für Pro­duk­ti­ons­tech­no­lo­gie (IPT). Welt­weit dürf­te der Be­darf an Ak­kus ähn­lich zu­le­gen, al­len vor­an in der E-au­to-in­dus­trie.

Au­ßer­dem wird im Plus­pol (Ka­tho­de) von Li­thi­um-ak­kus das Me­tall Ko­balt ver­baut – in ei­nem Spei­cher fürs E-au­to so­gar 3000-mal mehr als in ei­nem Smart­pho­neak­ku. Mehr als die Hälf­te der Ko­balt-vor­kom­men be­fin­den sich im po­li­tisch in­sta­bi­len Süd­ost­kon­go – wo es un­ter teils un­mensch­li­chen Ar­beits­be­din­gun­gen und mit­hil­fe von Kin­der­ar­beit ge­won­nen wird, wie un­ter an­de­rem Am­nes­ty In­ter­na­tio­nal kri­ti­siert. Als ei­ner der größ­ten Her­stel­ler rech­net BASF laut Me­dien­be­rich­ten schon in weak­kus ni­gen Jah­ren mit Ko­bal­ten­g­päs­sen.

Aus die­sen Grün­den for­schen Wis­sen­schaft­ler nach ei­ner Al­ter­na­ti­ve zum Li­thi­um-io­nen-ak­ku. Und tat­säch­lich zeich­net sich in die­sem Jahr wo­mög­lich ein Durch­bruch in der Ak­ku-tech­no­lo­gie ab.

Der ent­schei­den­de neue Stoff ist da­bei we­ni­ger exo­tisch als ge­dacht: Na­tri­um, sprich: sim­ples Koch­salz. Na­tri­um-io­nen-bat­te­ri­en sol­len Li­thi­um in be­stimm­ten Ak­ku-ty­pen ab­lö­sen – auf lan­ge Sicht, wohl­ge­merkt. In die­sem Jahr ha­ben die auf Na­tri­um ba­sie­ren­den Ak­kus end­lich den Schritt vom theo­re­ti­schen Kon­zept zur pra­xis­taug­li­chen Tech­no­lo­gie ge­schafft, wie un­ter an­de­rem das It-fach­ma­ga­zin „Go­lem“be­rich­tet.

Dem­nach zei­gen un­ter an­de­rem ein ak­tu­el­ler Pro­to­typ aus Süd­ko­rea und ein wei­te­rer ei­nes Us-ame­ri­ka­nisch-chi­ne­si­schen For­schungs­teams viel­ver­spre­chen­de Er­geb­nis­se im Pra­xis­be­trieb. Rund 500 voll­stän­di­ge La­de­zy­klen sol­len die neu­ar­ti­gen Ak­kus über­ste­hen, be­vor ih­re Ka­pa­zi­tät deut­lich sinkt. Beim Ge­wicht könn­te das Mo­dell aus Ko­rea

6,5 Ki­lo­gramm pro Ki­lo­watt­stun­de er­rei­chen. We­ni­ger als fünf Ki­lo­gramm gel­ten aber als mög­lich. Zum Ver­gleich: Ak­tu­el­le Li­thi­umio­nen-ak­kus kom­men auf knapp vier Ki­lo­gramm. Die Ener­gie­dich­te ent­spricht ak­tu­ell der von Li­thi­umio­nen-ak­kus aus dem Jahr 2000.

For­scher welt­weit se­hen durch Ent­wick­lungs­ar­beit viel Po­ten­zi­al, den Rück­stand zu jet­zi­gen Ak­kus zu ver­rin­gern und ar­bei­ten an un­ter­schied­li­chen Pro­to­ty­pen. Bis zur Markt­rei­fe dürf­ten aber noch Jah­re ver­ge­hen. Da­für kä­men Na­tri­um­teils oh­ne Ko­balt und Kup­fer aus und ver­wen­den statt­des­sen Man­gan, Ei­sen und Ni­ckel.

Na­tri­um-io­nen-ak­kus lie­ßen sich dank der neu­en Roh­stof­fe deut­lich güns­ti­ger pro­du­zie­ren. Das Na­tri­um-salz für die Ka­tho­de lässt sich, an­ders als Li­thi­um­sal­ze, in gro­ßen Men­gen ein­fach ge­win­nen. Und für die Anode, den Mi­nus­pol, soll man laut For­schern statt Ko­balt oder an­de­ren teu­ren Roh­stof­fen güns­ti­ge Ma­te­ria­li­en wie Braun­koh­le, Holz oder an­de­re Bio­mas­se ver­wen­den kön­nen. Zu­dem lie­ßen sich be­ste­hen­de Fa­b­ri­ken laut den Ex­per­ten dank ähn­li­cher Ver­fah­ren recht ein­fach von Li­thi­um- auf Na­tri­um­io­nen-ak­kus um­stel­len.

Bis Na­tri­um-io­nen-ak­kus se­ri­en­mä­ßig ver­baut wer­den kön­nen, dau­ert es wohl noch Jah­re. Bis da­hin ar­bei­ten For­scher wie Hol­ger Al­t­hu­es dar­an, die über­le­ge­ne Li­thi­umio­nen-tech­no­lo­gie zu ver­bes­sern. Der Che­mi­ker ist re­nom­mier­ter Bat­te­rie­for­scher und lei­tet beim Fraun­ho­fer-in­sti­tut für Werk­stoffund Strahl­tech­nik (IWS) in Dres­den die Ab­tei­lung für che­mi­sche Ober­flä­chen und Bat­te­rie­tech­nik.

Li­thi­um-ak­kus wei­ter ver­bes­sern „Die meis­ten Ex­per­ten se­hen es so, dass die Li­thi­um-io­nen-bat­te­rie min­des­tens noch die nächs­ten fünf bis zehn Jah­re wei­ter die gro­ßen An­wen­dun­gen do­mi­nie­ren wird“, sagt Al­t­hu­es. „Wenn man die Ener­gie­dich­te wei­ter stei­gern will, dann bleibt man beim Li­thi­um.“

Auch beim Bau von leich­te­ren Ak­kus, die et­wa für Flug­d­roh­nen be­nö­tigt wer­den, kom­me man laut Al­t­hu­es nicht an Li­thi­um vor­bei.

Den stei­gen­den Be­darf kön­ne man durch bes­se­res Re­cy­cling durch­aus de­cken. Er und sein Team ex­pe­ri­men­tie­ren mit zwei neu­en Ver­fah­ren: so­ge­nann­te Fest­spei­cherak­kus und sol­che mit Li­thi­um­schwe­fel-tech­no­lo­gie. Letz­te­re könn­ten die der­zei­ti­ge Ener­gie­dich­te ver­dop­peln, bei we­ni­ger Ge­wicht. „Wir sind an ei­nem Punkt, wo wir schon sehr viel­ver­spre­chen­de An­sät­ze se­hen und auch den Nach­weis in Pro­to­typ-zel­len zei­gen, aber es wer­den noch nicht al­le An­for­de­run­gen der Au­to­mo­bil­in­dus­trie er­füllt.“

„Wenn man das Ener­gie­wen­depro­blem lö­sen will, wird das mit dem Li­thi­um eng.“

Hol­ger Al­t­hu­es, Bat­te­rie­for­scher am Dresd­ner Fraun­ho­fer-in­sti­tut für Werk­stoffund Strahl­tech­nik (IWS)

Doch Al­t­hu­es sieht auch Gren­zen der Li­thi­um-tech­no­lo­gie. „Wenn man das Ener­gie­wen­depro­blem für die gan­ze Welt lö­sen will und wir über­all Ener­gie­spei­cher brau­chen, die So­lar­strom und Wind­ener­gie zwi­schen­spei­chern, dann wird das mit dem Li­thi­um na­tür­lich eng“, sagt der Ex­per­te. „Da­für kann Na­tri­um durch­aus ei­ne Al­ter­na­ti­ve dar­stel­len.“Da­her forscht auch sein In­sti­tut par­al­lel an Na­tri­um-io­nen-ak­kus. Vor­ran­gig geht es aber dar­um, mit bes­se­ren Li­thi­um-mo­del­len die Zeit zu über­brü­cken, bis die Koch­salz-bat­te­ri­en der Zu­kunft ein­satz­be­reit sind.

FO­TO: SE­AN GAL­LUP / GET­TY IMAGES

Wie hier im Zwi­ckau­er Volks­wa­gen-werk wer­den im­mer mehr Ak­kus für den Bau von Elek­tro­au­tos be­nö­tigt.

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