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17.07.2023 – Technik
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Neueste Akkutechnologie – Treiber der Energiewende
Die Batterie- und Akkutechnologie befindet sich derzeit im Umbruch. Laufend neue Entwicklungen und Innovationen sorgen dafür, dass die Energiespeicher immer leistungsfähiger, langlebiger und umweltfreundlicher werden. Viel Geld fließt derzeit in die Entwicklung neuer Technologien, doch welcher der vielen Ansätze ist wirklich zukunftsträchtig?
Akkutechnologie für E-Mobilität und Speicher für Grünstrom
Die Energiewende bringt eine Elektrifizierung aller Lebensbereiche mit sich. Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne, kann in entsprechend leistungsfähigen Batterien gespeichert werden und dadurch Lastspitzen abfedern. In Zukunft werden leistungsstarke Akkus- und Batterien im Wesentlichen wichtig für:
- die Elektromobilität: Die Nachfrage nach leistungsstarken Akkus- und Batterien wird weiterhin steigen, da immer mehr Menschen auf elektrische Fahrzeuge umsteigen.
- Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energien:
Leistungsstarke Akkus- und Batterien werden benötigt, um Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonnenlicht und Windenergie speichern zu können.
Dem Anspruch an Batterien für Elektroautos und Großspeicher für überschüssige erneuerbare Energie muss natürlich Rechnung getragen werden. Für die Verbauung in Autos, Bussen und Arbeitsmaschinen müssen die Akkus möglichst klein und leicht sein und auch Unfällen gut standhalten können.
Neue Batterietechnologien für E-Autos garantieren nicht nur eine gute Reichweite, sie können auch schnell wieder geladen werden. Da die Ladeinfrastruktur immer dichter wird, stehen neue E-Fahrzeuge den Verbrennern kaum noch nach.
Wer heute ein Elektroauto kauft, kann davon ausgehen, dass die Batterie nach 2.000 vollständigen Lade- und Entladezyklen das End-of-Life-Kriterium erreicht und die Speicherkapazität auf 80 Prozent absinkt. Bei einem Auto mit einer Reichweite von 500 Kilometern entspricht dies einer Fahrstrecke von einer Million Kilometern. Ein vollständiger Ladezyklus umfasst das Laden der gesamten Speicherkapazität von leer auf voll.
Die Lithium-Ionen-Technologie hat den Vorteil, dass sie unabhängig vom Ladezustand ohne Leistungsverlust oder Alterungsprozess eingesetzt werden kann. In Europa wurde nun beschlossen, 3.000 Zyklen anzustreben, so dass die Lebensdauer der Batterie kein Thema mehr ist.
Nachdem die Batterien die Speicherkapazität von 80 Prozent unterschreiten und nicht mehr in E-Autos verwendet werden können, werden sie einer Second-Life Verwendung als stationärer Stromspeicher etwa bei Photovoltaik-Anlagen herangezogen.
Die Zukunft der Batterietechnologie
Derzeit ist die führende Technologie bei Batterien und Akkus die Verwendung von Lithium. Vor der Lithiumbatterie wurden verschiedene Stoffe in Batterien verwendet, wie zum Beispiel Blei-Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien und Nickel-Metallhydrid-Batterien. Diese Stoffe waren nicht nur umweltschädlich, sondern bringen eine zu geringe Energiedichte um für moderne Aufgabenstellungen geeignet zu sein.
Derzeit findet die Lithium-Ionen-Batterie weite Anwendung, wobei das bedenkliche Kobalt der ersten Generationen mittlerweile durch Eisen ersetzt wurde. Die Speichertechnologien entwickeln sich im Zuge der Energiewende rasant weiter. Viele Forschungslinien beschäftigen sich damit Lithium zu ersetzen. Lithium ist zwar ein häufig vorkommendes Element, es gibt jedoch aus mehreren Gründen Bedenken bezüglich der Verwendung:
- Auswirkungen auf die Umwelt aufgrund des Wasserverbrauchs, der Bodenverschmutzung und Emissionen bei der Gewinnung
- Schlechte Arbeitsbedingungen in einigen Abbauländern
- Die Abhängigkeit von einigen wenigen Abbauländern kann zu geopolitischen Risiken führen.
Daher wurde neben den Recyclingverfahren von Lithium-Ionen Batterien ebenso intensiv an einem Ersatz durch unbedenkliche Materialien geforscht. So sind Natrium-Ionen-Batterien bereits in der Massenproduktion angekommen. Sie lassen sich auch bei tiefen Temperaturen schnell beladen und sind um einiges günstiger als Lithium-Ionen -Batterien, haben aber eine geringere Energiedichte.
Das ist bei stationären Speichern meist kein Problem beim Einsatz in E-Autos bedeutet das aber eine geringere Reichweite. Schon jetzt werden chinesische E- Autos in der günstigen Klasse mit den Natrium- Ionen-Batterien ausgestattet.
Vielversprechende Ansätze für zukünftige Technologien sind:
- Lithium-Sauerstoff-Batterien: Sie sind bahnbrechend, weil sie eine extrem hohe Energiedichte aufweisen und damit Elektrofahrzeugen eine größere Reichweite ermöglichen. Außerdem sind sie kostengünstig und umweltfreundlich, da sie auf Elektrolyte auf Wasserbasis basieren.
- Festkörperbatterien: Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien verwenden Festkörperbatterien feste statt flüssiger Elektrolyte. Mit ihrer höheren Energiedichte sind sie sicherer, langlebiger und widerstandsfähiger gegen Überhitzung und Kurzschlüsse.
- Flussbatterien: Flussbatterien sind ein revolutionärer Ansatz zur Energiespeicherung in großem Maßstab. Sie können erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windkraftwerke unterstützen und funktionieren ohne schädliche chemische Reaktionen, was ihre Lebensdauer verlängert.
- Batterien aus Graphen: Mit ihren einzigartigen Eigenschaften wie hoher Leitfähigkeit und großer Oberfläche versprechen Graphen-Batterien eine höhere Energiedichte, schnellere Ladezeiten und längere Lebensdauer als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien.
- Aluminium-Ionen-Batterien: Aluminium-Ionen-Batterien haben das Potenzial, eine höhere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien zu erreichen, sind langlebiger und kostengünstiger in der Herstellung. Als zukünftige und umweltfreundlichere Alternative könnten sie die Batterietechnologie revolutionieren.
- Natrium-Ionen-Batterien sind bereits in der Massenproduktion angekommen, sie lassen sich selbst bei tiefen Temperaturen schnell beladen und sind um einiges günstiger als Lithium-Ionen -Batterien.
Es bleibt spannend, welche Technologie sich letztlich durchsetzen wird.
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