Für mobile Systeme aller Art sind die bekannten Lithium- Ionen-Akkus zurzeit vielerorts immer noch erste Wahl.

Lithium-Ionen-Akkus verfügen im Vergleich zu anderen Batterie-Typen über eine hohe spezifische Energie, benötigen jedoch zur Sicherheit (Brandgefahr, rigide Transportvorschriften usw.) in den meisten Anwendungen ausgeklügelte elektronische Schutzschaltungen, da sie sowohl auf Tiefenladung als auch Überladung empfindlich reagieren. Zurzeit wird an Alternativen geforscht, aber es wird noch einige Zeit dauern, bis diese in der Praxis auch wirklich eingesetzt werden können.Hier einige Beispiele von neuen Akkutypen, die in der Pipeline sind.

Tests mit Lithium-Schwefel-Akkus

Mitte 2017 erschien vom Paul Scherrer Institut (PSI) ein hochinteressanter Bericht über die Materialforschung am PSI im Bereich Quarzpulver für den Akku der Zukunft. Theoretisch könnten Lithium-Schwefel- Akkus mehr Energie liefern als die heute sehr oft eingesetzten Lithium-Ionen-Akkus. Der Nachteil ist jedoch, dass sie bereits nach wenigen Ladezyklen merklich an Kapazität verlieren. Die Forscher gingen dieser Tatsache nach und stellten fest, dass durch die Beimengung von Quarzpulver in die flüssige Komponente des Akkus sich dieser schnelle Kapazitätsverlust verlangsamt. Der Lithium-Schwefel-Akku gilt demzufolge als ein vielversprechender Lösungsansatz für zukünftige Energiespeicher. Mit diesem Zusatz leistet ein Lithium-Schwefel-Akku 25 bis 30 Prozent mehr Energie.

Stand Frühjahr 2018: Nach Rückfrage des Autors dieses Berichtes mit dem Forschungs-Team des PSI teilt dieses mit, dass man am PSI weitere Tests mit anderen Oxyden vorgenommen hat, und zu ähnlichen Testresultaten wie mit dem Quarzpulver gekommen sei. Original-Aussage: «We have made additional tests with other oxides and the conclusions are similar to the one reported in the press release. Now we are trying to understand better what is the reaction mechanism at the Li counter electrode.»

 

Werden in Zukunft bald leistungsfähigere Akku- Technologien eingesetzt,
die gewisse Nachteile der bisherigen Li-Ionen-Batterien eliminieren?

Tesla 2018

Feststoff-Lithium-Ionenbatterien mit Keramik

Andere Forschungszentren befassen sich mit der Weiterentwicklung durch Einsatz des Feststoffs Keramik anstelle des flüssigen Elektrolyts. Im Elektrolyt hat es bekanntlich oft giftige und brennbare Flüssigkeiten. Im Labor konnten diese innovativen Keramik-Akkus bereits rund 400-mal entladen und wieder aufgeladen werden. Die Keramik-Lithium-Ionenbatterie gilt als Vorläufer einer neuen Generation von Lithium-Ionen-Akkus, gelten sie doch als sichere Batterien der Zukunft. Neben einer höheren Energiedichte hat sie den Vorteil, nicht auszulaufen, nicht zu überhitzen und Abbrand und Giftigkeit zu vermeiden. Bei den herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus existieren deshalb rigorose Transport-Vorschriften und man konnte schon öfters lesen, dass Geräte in Brand gerieten und riesigen Schaden anrichteten. Platzraubende Kühl- und Schutzvorrichtungen entfallen demzufolge.

In Vorbereitung: Glas-Akkus mit grossen Vorteilen

Ein weiteres Applikationsbeispiel ist der Einsatz von Glas anstelle des flüssigen Elektrolyts. Forscher stellten fest, dass Akkus mit dem Feststoff Glas dreimal so leistungsfähig sind wie herkömmliche Lithium-Ionen- Batterien. Glas erlaubt leistungsfähigere Kathoden und Anoden aus Alkalimetallen. Dies reduziert den Aufwand für die Herstellung der Zellen und erhöht deren Energiedichte markant. Ausserdem können die Kosten erheblich sinken. Ein Glaselektrolyt erlaubt die Substitution von Lithium durch kostengünstiges Natrium, welches beispielsweise in Meerwasser unbegrenzt zur Verfügung steht. Der Feststoff-Akku soll zudem häufiger geladen werden, ohne an Leistung einzubüssen. Die Forscher haben bis anhin bis zu 1200 Ladezyklen getestet und keine wesentlichen Leistungseinbussen feststellen können. Auch die Ladezeit beträgt Minuten statt Stunden! Dies wäre hervorragend für die viel diskutierten E-Mobile der Zukunft.

Im Tesla werden zurzeit tausende von herkömmlichen Li-Ionen Batterien eingesetzt, die mühsam über einen langen Zeitraum geladen werden müssen. Schnelle Super-Charger für die Teslas sind bekanntlich nicht allzu zahlreich. Festglaselektrolyte ihrerseits können zudem auch bei grosser Kälte (bis –20 Grad Celsius) arbeiten. Viele Vorteile. Nachteil : Diese Glas-Akkus sowie weitere Technologien existieren zurzeit nur im Labor. Hoffentlich geht es mit dieser sehr leistungsfähigen Technologie schneller voran als wir denken. Gute Gründe dafür gibt es ja jetzt mehr als genug. Wir werden ja sehen, welche dieser Technologien zuerst auf den Markt kommen. Da tut sich erfreulicherweise einiges. Alle reden von bei den Autos von der Elektro-Mobilität, hier könnte bei der bisher mühseligen Ladetechnik in Zukunft ein richtiger «Game-Changer » in den Vordergrund treten.

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