Eine Zukunft mit super Aussichten: Die SUPER-Batterien

Wie SUPER ist das denn? Stellt Euch eine Welt vor, in der ihr als Elektromobilist nie mehr um Reichweite bangen müsstet und keine „Ladeweile“ entsteht. Eine Welt voller unbegrenzter Reichweite – einzig und allein ermöglicht durch einen ultraschnell-aufladbaren Akku. Schön, oder? Das könnte schon in naher Zukunft Realität werden. Denn es werden bereits heute fleißig sogenannte SUPER-Batterien entwickelt und getestet.

Ihr fragt Euch sicher, was daran SUPER ist? Wir zeigen es Euch anhand unterschiedlicher Konzepte, die verschiedene Hersteller verfolgen. Das gemeinsame Ziel: Unseren elektrischen Alltag weiter optimieren.

Solid State Batterie (= Feststoff Batterie)

Hierin liegt das Elektrolyt als Feststoff vor, der die Kathode (Minuspol) und die Anode (Pluspol) voneinander trennt. Dadurch kann sich reines Lithium an die Anode anlagern. Im Vergleich zu Lithium-Ionen verfügt reines Lithium über eine höhere Speicherkapazität. Damit kommt diese Art von Akku auf ca. 2.860 Milliampere Stunden pro Gramm. Die Speicherdichte von herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus beträgt dagegen nur 370 Milliampere Stunden.

Stärken: hohe Speicherkapazität, geringere Masse und schnelleres Laden. Außerdem wird durch die Nutzung von Elektrolyten als Feststoff die Brandgefahr verringert, da sich hierdurch Kurzschlüsse verhindern lassen.

Schwächen: Lebensdauer, niedrige Temperaturen und hohe Preise. Niedrige Temperaturen verlangsamen allgemein den Ladeprozess. Zudem gestaltet sich die Produktion aufwendiger, was zu höheren Produktionskosten führt.

Lösungsansätze sind jedoch im Gange. Forscher schätzen, dass der Serieneinsatz schon zwischen 2025 bis 2030 starten kann.

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Natrium-Ionen-Akkus

Bisher gab es immer eine Konstante bei Batterien: Lithium als Material, das die in der Batterie zwischen den Elektroden pendelnden Ionen stellt. Doch wie der Name „Natrium-Ionen-Akku“ schon sagt, kommt bei solchen Akkus statt Lithium Natrium zum Einsatz. Dies soll auch eine Schnellladung bei geringeren Temperaturen garantieren.

Stärken: Ihnen wird eine hohe thermische Stabilität zugeschrieben. Zudem könnte eine Vollladung (80%) innerhalb 15 Minuten möglich sein.

Schwächen: Größere, höhere Masse und eine geringere Energiedichte. Natrium wiegt das Dreifache von Lithium. Die Energiedichte liegt mit 160 Wh/kg unter denen der herkömmlichen Lithiums-Akkus. Diese können bis zu 270 Wh/kg speichern.

Sald Akkus

Diese Akkus stellen eine Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Akkus dar. In üblichen Lithium-Ionen-Akkus reagiert das Elektrolyt an der Grenzfläche der Anode und Kathode und wird zersetzt. Dabei entsteht eine Passivierungsschicht, die sogenannte Solid-Electrolyte Interphase (SEI). Die SEI erhöht den Innenwiderstand des Akkus, wodurch weitere Zersetzungsprozesse unterbunden werden. Bei Sald Akkus wird diese Schicht zusätzlich künstlich erzeugt. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der Artificial Solid-Electrolyte Interphase (A-SEI).

Stärken: Es wird zusätzlich Einfluss auf die Instabilität genommen, um die Leistungsfähigkeit und Robustheit weiter zu steigern. Damit könnten Reichweiten von 1.000 km realistisch werden. Dies sei sogar unabhängig von der Fahrweise, der Nutzung der Klimaanlage und der Heizung möglich. Eine Vollladung soll nur 20 Minuten dauern. Auch bei Feststoffbatterien sei die Technologie anwendbar.

Schwächen: Die eingesetzten Atombeschichtungen, die die A-SEI hervorrufen, sind dünn. Die Serienproduktion könnte sich demnach auch aufwendiger gestalten. Außerdem können durch deren Einsatz ebenfalls die Recyclingfähigkeit und Haltbarkeit problematisch sein.

Akkus mit Graphen

Hier wird anstelle des Graphits Graphen eingesetzt, wobei es sich um eine Modifikation des Kohlenstoffs handelt. Graphen ist durch seine einzigartige zweidimensionale Struktur bekannt. Diese Eigenschaft erweist sich besonders für Elektroakkus hilfreich. Denn dadurch lässt sich Wärme noch besser leiten. Verwendung finden solche Akkus bereits in einer Vielzahl an Smartphones und Powerbanks. Unternehmen wie Real Graphene und Skeleton Technologies wollen diese Eigenschaft jedoch auch in Batterien nutzen. Skeleton Technologies hat sich sogar sein selbst entwickeltes Kohlenstoffmaterial, das Curved Graphene, patentieren lassen.

Stärken: Die bessere Leitfähigkeit führt zu geringerer Hitzeentwicklung, die eine höhere Flexibilität begünstigen kann. Ein Ladevorgang soll demnach innerhalb von 15 Sekunden abgeschlossen sein.

Schwächen: Ein vollwertiger Einsatz wird nicht möglich sein. Da Graphen sehr dünn ist, ist die volumetrische Energiedichte, also die Energie pro Volumen, die aus der Batterie entnommen werden kann, nicht sonderlich gut ausgeprägt. Somit sind solche Akkus eher als Ergänzung – in Form zusätzlicher Batterien zu einem Hauptantrieb – zu sehen. Zudem ist die Herstellung dieser dünnen Schichten mit großem Aufwand verbunden.

Zink-Luft-Batterien

Diese Art von Batterien kennen wir schon als Einweg-Batterien.

Stärken: Sie sind ressourcenschonend, da sie zu 98% recyclebar sind und können kostengünstig hergestellt werden. Außerdem sei eine dreifache Ladekapazität bei gleichzeitig stattfindender Kosteneinsparung möglich. Auch die Ladeleistung würde dabei konstant bleiben, da keine Energieverluste eintreten würden.

Schwächen: Die chemische Instabilität. Folglich eine geringere Lebensdauer. Dadurch schaffen solche Batterien lediglich 320 Zyklen im Vergleich zu den 500 eines üblichen Lithium-Ionen-Akkus.

Akkus auf Siliziumbasis

Hier wird das Graphit durch Silizium ersetzt. Silizium kann eine höhere Menge an Lithium-Ionen aufnehmen.

Stärken: Die Höhere Aufnahme an Ionen führt automatisch zu höheren Energiedichte.

Schwächen: Diese hohe Aufnahmekapazität führt jedoch gleichzeitig zu einer sehr starken Ausdehnung. Im schlimmsten Fall kann diese Ausdehnung den Anodenzerfall hervorrufen und damit den ganzen Akku beschädigen.

Fazit?

Wie Ihr seht, sind das SUPER Entwicklungen. Natürlich hat jedes dieser Konzepte seine Stärken und Schwächen. Doch wie es nach Unternehmensberater Hermann Simon am treffendsten formuliert werden kann: „Es gibt keine Schwächen, sondern nur Verbesserungspotenziale“. Der technische Fortschritt schreitet immer weiter und schneller voran. Die technischen Innovationen sind noch lange nicht am Ende angelangt. Wir können uns auf jede einzelne davon freuen. Denn wer träumt nicht von einem Leben voller unbegrenzter Möglichkeiten? Und noch dazu von einem grundlegend Nachhaltigerem? Ein Traum, der immer näher rückt.