Alternative Akkus

Deutschland sucht die Superbatterie

Es vergeht fast kein Monat ohne spektakuläre Meldung aus der Akku-Forschung. Doch im Alltag kommt nie etwas davon an.

Eine Engstelle bei der Digitalisierung sind die Akkus. Auch im Jahre 10 nach der Erfindung des iPhones halten sie selbst bei lediglich durchschnittlicher Aktivität nicht länger als einen Tag. Wer sein Smartphone länger benutzen will, muss sich extrem disziplinieren und auf alles verzichten, was den Akku leer saugt. Das gilt nicht nur für offensichtlich stromfressende Dinge wie Videostreaming, sondern auch für manche harmlos wirkende App. So ist beispielsweise Facebook dafür berüchtigt, unter bestimmten Umständen den Akku recht zuverlässig leer zu saugen.

Dieses Problem kennt eigentlich jeder und deshalb ist es nicht verwunderlich, wenn die in schöner Regelmäßigkeit auftauchenden Meldungen im Stile „Jetzt endlich: Superbatterie gefunden“ große Aufmerksamkeit finden. Zuletzt ging die Meldung durch die Medien, dass der Erfinder der Lithium-Ionen-Akkus sich noch einmal etwas Neues ausgedacht hat und zwar einen Akku mit einer dreimal so hohen Energiedichte wie aktuelle Geräte.

Solche Meldungen kommen regelmäßig. Mal geht es um Superkondensatoren, mal um exotische Materialien, die eingesetzt werden sollen. Im Alltag ist davon bisher nichts angekommen, die revolutionären Technologien funktionieren ausschließlich im Labor. Ein typisches Beispiel gab es vor kurzem: Wissenschaftler der University of California in Riverside wollen aus Altglas gewonnenes Siliziumpulver für Elektroden nutzen. Eine gute Idee für die Kostensenkung, doch bis es die entsprechenden Produktionsanlagen gibt und Fabriken das Verfahren einsetzen, können etliche Jahre vergehen.

Der Lithium-Nachfolger ist noch unbekannt

Denn der Weg vom Labor in die Industrieproduktion ist nicht so einfach. Die Brauchbarkeit von Lithium in Akkumulatoren ist bereits 1980 bewiesen worden, bis zum ersten kommerziell erhältlichen Lithium-Ionen-Akku dauerte es aber bis 1991. Heutige Erfindungen schaffen es vielleicht etwas schneller in die Produktion, da es durch die Verbreitung von Mobilgeräten einen hohen Innovationsdruck gibt. Trotzdem sind die Demonstration eines Arbeitsprinzips und die Herstellung eines Massenprodukts zwei ganz verschiedene Dinge.

Welche der zahlreichen Labormuster und theoretischen Alternativen tatsächlich zum Nachfolger der aktuellen Akkugeneration wird, ist noch vollkommen offen. Eine Forschungsrichtung will das Metall Lithium durch andere Stoffe ersetzen. Hier wird in erster Linie das häufig vorkommende Natrium diskutiert. Das Problem hierbei: Das Metall hat eine geringere Energiedichte als Lithium, oxidiert sehr leicht und destabilisiert die Elektrode durch Volumenänderungen bei den Ladevorgängen. Die Forschung versucht zurzeit, diese Probleme durch Mischung von Natrium mit anderen Stoffen zu vermeiden. Weniger Probleme macht dagegen Magnesium, das bei gleichem Volumen etwa die doppelte Energiemenge von Lithium speichern kann. Doch eine praktisch anwendbare Batterie ist noch weit entfernt, denn bisher funktionieren Magnesium-Akkus erst bei hohen Temperaturen. Die andere Forschungsrichtung will zwar beim Lithium bleiben, aber das Elektrolyt ersetzen. Der vom ursprünglichen Akku-Erfinder John Goodenough erst kürzlich präsentierte Akku nutzt Glas als festes Elektrolyt, andere Labormuster setzen auf Salz in der Elektrolytflüssigkeit. Eine dritte Möglichkeit ist noch, die Graphitanode zu ersetzen, beispielsweise durch Silizium.

Schwer zu sagen, welcher der vielen Vorschläge sich letztlich durchsetzen wird. Es kommt dabei allerdings nicht auf die reinen Leistungsdaten an, sondern in erster Linie auf die Effizienz bei der Herstellung. Die Akkus der Zukunft müssen sich ohne allzu umständliche Herstellungsprozesse aus kostengünstigen und massenhaft vorhandenen Rohstoffen in extremen Mengen produzieren lassen. Diese Kriterien gleichzeitig zu erfüllen, ist das eigentliche Hindernis bei der Suche nach der Superbatterie.

Bildquelle: Thinkstock

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