Batterieforschung ist in großer Bewegung

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat vor wenigen Tagen erfolgversprechende Ergebnisse bei Versuchen mit Batterien auf der Basis von Calcium vorgestellt. So habe man erstmals passende Elektrolyte entwickelt, die zu brauchbaren Eigenschaften bei Raumtemperaturen führten. Die Technologie besäße „das Potenzial, als Energiespeicher der Zukunft die Lithium-Ionen-Technologie abzulösen.“ Bisher war es nicht möglich, Calciumbatterien bei Raumtemperatur wieder aufzuladen. Nun stellten Forscher des KIT (www.kit.edu/) in einem Beitrag eine vielversprechende Elektrolytklasse vor, die das erstmals möglich macht.
„Lithium-Ionen-Batterien kommen von ihrer Performance und manchen darin verwendeten Rohstoffen mittelfristig an ihre Grenzen und könnten dann nicht überall dort eingesetzt werden, wo in Rahmen der Energiewende Energiespeicher sinnvoll wären. Wir verfügen nur über begrenzte Vorkommen von Rohstoffen wie Kobalt, Nickel und Lithium, die für die Herstellung notwendig sind“, erklärte Prof. Maximilian Fichtner vom KIT dazu. Calcium dagegen sei das fünfthäufigste Element in der Erdkruste und zudem sicher, ungiftig und kostengünstig.

Kobalt soll weg

Das von ihm erwähnte Kobalt steht im Mittelpunkt eines anderen Forschungsprojekts, das sich zum Ziel gesetzt hat, eben diesen problematischen Rohstoff aus Li-Ionen-Batterien zu entfernen. Er ist immerhin giftig, begrenzt verfügbar und wird zu oft unter menschenunwürdigen Bedingungen abgebaut. Forscher des Argonnen National Laboratory haben einen neuen Ansatz für kobaltfreie Li-Ionen-Kathoden vorgestellt. Bereits jetzt gibt es NMC-811-Akkuzellen (8 Teile Nickel, je ein Teil Mangan und Kobalt), die etwa Tesla in großem Stil in seiner chinesischen Gigafactory 3 verbauen will und als großer Fortschritt beim Rohstoffeinsatz gelten. Die Argonnen-Forscher arbeiten am nächsten Schritt, Zellen ganz ohne Kobalt bei gleichzeitig überlegenen Eigenschaften und Kosten zu produzieren.

Vor rund einem Monat hat Tesla ein Patent für besonders langlebige Batteriezellen angemeldet, die ebenfalls auf NMC-Chemie beruhen. Sie sollen in Elektrofahrzeugen eine Lebensdauer von 1,6 Millionen Kilometern bieten. Dazu kommen zwei Jahrzehnte Lebensdauer bei der anschließenden Nutzung als stationärer Energiespeicher.

Faktor sechs bei Akkukapazität denkbar

Ebenfalls Fortschritte verkündet die TU Wien (www.tuwien.at/tu-wien/) , die mit elastischen Nanoschichten, die Leistungsdaten von Li-Ion-Akkus verbessern will. Das Ziel dort ist es, das bisher verwendete Graphit durch Silizium zu ersetzen, was aber nur durch ultradünne Grenzschichten rund um die Elektroden möglich wird, wofür es bisher keine passenden Untersuchungsmethoden gegeben habe. Die neue Technik macht es möglich, passende Elektrolyte zu finden, die die Kapazität von Li-Ion-Akkus verbessert. Wenn die Entwicklung gelingt, sollte diese Technologie die Akkukapazität bis zu einem Faktor sechs vergrößern.

Was von all diesen Entwicklungen tatsächlich einmal in der Praxis anzutreffen sein wird, steht allerdings noch in den Sternen. In all den beschriebenen Projekten gibt es mehr oder weniger große Hürden zu bewältigen, bis es zu einer Serienreife kommen kann.