Im Kampf gegen Treibhausgase und den Klimawandel dreht sich alles um grüne Energie. Wasser-, Wind- und Sonnenkraft rücken ins Zentrum der Energiegewinnung. Allerdings gilt deren volatile Natur weiterhin als eine der größten Hürden im Hinblick auf die Energiewende. Überwinden lässt sich das Risiko von Versorgungslücken nur mit angemessenen Speichermöglichkeiten, die unabhängig vom Wetter genügend Strom zur konstanten Energieversorgung bereithalten. Große Hoffnungsträger sind in diesem Zusammenhang Lithium-Ionen-Akkus. Warum sie anderen Batterien im Kontext der Energiewende überlegen sind, steht hier.
Stromspeicher: Welche Vorteile die Lithium-Technologie hat
Lange ist es her, dass John Goodenough, Stanley Whittingham und Akira Yoshino für die Entwicklung des Lithium-Ionen-Akkus den Chemie-Nobelpreis erhielten. Zu Recht, wenn man die heutigen und künftigen Einsatzbereiche der Batterie bedenkt. Ob zum Betrieb von Hubwagen und Elektrowerkzeugen, in Smartphones oder im Bereich der Elektromobilität: Im Vergleich zu anderen Batterien hat die Lithium-Ionen-Technologie einige klaren Vorteile. Zu nennen sind in dieser Hinsicht vor allem:
- die hohe Energiedichte
- das geringe Gewicht
- das kleine Volumen
- der hervorragende Ladewirkungsgrad
- die hohe Ladezyklen-Anzahl
- die geringere Selbstentladung
- die beeindruckende Hochstromfähigkeit
Wo früher Blei-Akkus der Standard waren, setzen sich langsam aber sicher Lithium-Modelle durch. So mittlerweile auch im Kontext der Energiewende. Besonders im Bereich der Elektromobilität ist die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus in den vergangenen zehn Jahren exponentiell angestiegen, aber auch zur Speicherung von Solarstrom aus Photovoltaik-Anlagen setzen sich die Modelle langsam durch. Obwohl sie im Vergleich zu Blei-Akkus derselben Leistung deutlich teurer sind, lohnt sich die Investition. Denn wer die Gesamtheit aller Vorteile betrachtet, wird den hohen Preis schnell als gerechtfertigt erkennen. Im Rahmen der Energiewende sind die folgenden drei Vorteile die vielleicht wichtigsten der Lithium-Technologie.
1. Lange Lebensdauer
Lithium-Ionen-Batterien basieren auf Lithium-Eisen-Phosphat und halten bei fachgerechter Verwendung im Durchschnitt fünfmal so lange wie Blei-Säure-Akkus. Wo es um die Reduktion von Treibhausgasen geht, ist das besonders relevant. Denn je länger die einzelnen Modelle halten, desto weniger davon muss man im Laufe der Zeit kaufen. So werden neben wertvollen Ressourcen auch energieaufwendige Herstellungsprozesse und damit verbundene Emissionen eingespart. Als Solarstromspeicher für Photovoltaikanlagen lassen sich Lithium-Eisen-Akkus ohne Einbußen rund 20 Jahre lang verwenden und müssen in dieser Zeit nicht einmal gewartet werden. Blei-Modelle sind demgegenüber nicht ganz wartungsfrei und erreichen ein Alter von 20 Jahren oft nur mit strukturellen Einbußen, die neben der Lebenserwartung auch die Effizienz beeinträchtigen.
2. Widerstandsfähigkeit im Außenbereich
Die Temperaturempfindlichkeit gilt als eine der wichtigsten Schwachstellen von konventionellen Batterien und Akkus. Ob pralle Sonne oder eisige Kälte: Extreme oder zu lange anhaltende Temperatureinflüsse überstehen die wenigsten Stromspeicher unbeschadet. Auch starke oder schnell schwankende Temperaturen tun ihnen nicht gut. Weil Stromspeicher aber gerade im Rahmen der Energiewende auch in Sektoren wie dem Verkehr zum Einsatz kommen sollen, müssen sie für den Außenbereich geeignet sein. Den damit verbundenen Einflüssen sollten sie möglichst gut standhalten können. Temperaturempfindlichkeit kann deshalb ein Problem darstellen. Die LiFePO4-Batterie ist anderen Arten in dieser Hinsicht überlegen. Denn auch unter Stress macht sie eine annehmbare Figur. Tatsächlich bleiben die Modelle dank ihres besonderen Aufbaus weitestgehend unbeeindruckt von Temperaturschwankungen. Im Unterschied zu Blei-Akkus, deren Innenwiderstand bei Einflüssen wie Kälte zum Einbrechen neigt.
3. Instantane Energieverfügbarkeit
Lithium-Ionen-Akkus lassen sich wesentlich schneller aufladen als Blei-Modelle. Das macht die Batterien für Elektrofahrzeuge besonders geeignet und hilft bei der Umstellung auf effiziente und massentaugliche Elektromobilität im Rahmen der Energiewende enorm. Ebenso wichtig ist es für bestimmte Anwendungen im Kontext der Energiespeicherung, dass die Batterien kurzfristig zur Bereitstellung extrem hoher Stromstärken in der Lage sind. Solche sogenannten Leistungsstöße sind beispielsweise zum Fahrzeugstart erforderlich. Blei-Säure-Akkus bieten in dieser Hinsicht keine Flexibilität, weil sie stufenweise geladen werden und bei Hochentladung nur verminderte Leistung bieten. Dass sich Lithium-Ionen-Akkus im Bereich der Elektromobilität durchsetzen konnten, liegt also nicht nur an der Widerstandsfähigkeit, dem geringen Gewicht und der platzsparenden Bauweise, sondern hat auch mit den Leistungsparametern zu tun.
Fazit: Trotz Batterieforschung bleiben Lithium-Ionen-Akkus bisher ungeschlagen
Es ist unbestreitbar, dass Lithium-Ionen-Akkus bei der Energiewende eine unersetzliche Rolle einnehmen werden. Wegen der beschriebenen Vorteile sind sie in den vergangenen Jahren ins Zentrum der Batterieforschung gerückt und werden immer weiter optimiert. Eine Menge tut sich beispielsweise im Bereich der Hochskalierung, sodass die Lithium-Technologie gerade in diesem Zusammenhang schon sehr weit ausgereift ist und in großen Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Zur selben Zeit wird auch an neuen Batteriespeichersystemen geforscht, so derzeit vor allem an Festkörperbatterien. Angefangen bei Feststoffakkus aus keramischen Oxiden sollen solche neuen Technologien die Eigenschaften von Energiespeichersystemen wie Lithium-Ionen-Akkus noch weiter verbessern. Im Fokus der Optimierungen stehen neben der Lebensdauer vor allem die Energiedichte und Sicherheit. In Deutschland gibt es längst Förderprogramme, die Wissenschaftler bei ihren Forschungsprojekten im Hinblick auf leistungsfähige Batteriezellen unterstützen. Wirkliche Konkurrenz haben Lithium-Ionen-Akkus trotz dieser Forschungen bisher aber nicht, sodass viele Experten sie als führende Stromspeicher der Zukunft bezeichnen.
