Die Batterien der Zukunft.
Kaum ein Thema regt bei Elektromobilität so zu Diskussionen an wie die Batterie. Ein Überblick über das Hier und Jetzt und das mögliche Morgen.
Geht es um Elektromobilität, sind sofort die Themen Reichweite und Ladezeit in Relation zu den Anschaffungskosten am Tisch. Akkumulatoren – also aufladbare Batterien - sind das Herz eines E-Fahrzeugs, ein Faktencheck rund um dieses Thema offenbart, wie viel Forschungs- und Entwicklungspotenzial noch in der Akkutechnologie steckt.
Von allen gängigen Akkumulatoren für Kraftfahrzeuge sind die Lithium-Ionen-Akkumulatoren – auf englisch „lithium-ion batteries“, LIBs – genannt, aufgrund ihrer hohen Leistungszahlen die aktuell gängige Technologie, und sie bleiben wohl auch weiterhin Stand der Technik. LIBs haben ihre Energiedichte – also ihre Kapazität, Energie zu speichern - in den letzten zehn Jahren etwa verdoppelt, seriöse Studien sehen bis 2030 noch weiteres Potential bis maximal zu einer nochmaligen Verdoppelung der Energiedichte pro Volumen. An dieser Steigerung wird viel geforscht und entwickelt. Es ist aber durchaus möglich, dass Alternativen zu LIBs in den nächsten Jahren eine noch bessere Energiequelle der Elektromobilität werden. Zwei Typen werden dabei immer wieder genannt: Solid State Batterien und Natrium-Ionen Batterien. Beide haben potenziell großartige Eigenschaften, sind aber noch keine wirtschaftliche Alternative zu LIBs.
Natrium-Ionen-Batterien kommen ohne Lithium aus, haben eine hervorragende Kältefestigkeit - 90 % Kapazität bei -20 °C - und sie verfügen über eine ausgezeichnete Schnellladefähigkeit. Darüber hinaus zeichnet sich ab, dass sie in der Produktion künftig deutlich kostengünstiger als LIBs sind. Ihr Nachteil: Noch kommt die Speicherkapazität nicht an die der Lithium-Ionen-Batterien heran. Sie bewegen sich aber auf eine Größenordnung zu, die bald für einen Einsatz in der Elektromobilität relevant ist.
Die aktuelle Technologieentwicklung der Batterie zeigt auch einen Trend zu Feststoffbatterien mit Lithium-Metallanode. Weil bei ihnen der Elektrolyt fest statt flüssig ist, werden sie Solid State Zellen genannt. Solid State Zellen könnten viel mehr Energie speichern und sind potenziell deutlich kostengünstiger, allerdings muss die Forschung noch wichtige Details der Umsetzung klären, bis dieser Batterietyp für Autos relevant sein wird.
Akkumulatoren, egal wie sie ausgeführt sind, sind derzeit immer ein Kompromiss, bei dem ein Vorteil in einem Aspekt mit dem Nachteil in einem anderen Aspekt erkauft wird. Die Ziele der Forschung sind hohe Energiedichte – also die Frage, „wie weit kann ich fahren“, bezogen auf Volumen und Gewicht -, hohe Leistungsdichte - „wie schnell kann ich die Energie abrufen, also beschleunigen“- , geringe Kosten, hohe thermische Unempfindlichkeit sowie eine hohe Lebensdauer. Ein "Super-Akku" zeichnet sich in der Forschung noch nicht ab, eine stete Steigerung der Parameter der Akkumulatoren ist aber jedenfalls zu erwarten.
