Trotz vieler vielversprechender Ansätze und Alternativ-Konzepte zum Lithium-Ionen-Akku: Bisher ist er unverzichtbar und in seiner vielfältigen Anwendbarkeit nicht zu schlagen. Bis andere Batterien ihm in puncto Energiedichte, Ladezeiten und Lebensdauer nahekommen, werden nach Schätzungen von Wissenschaftlern noch mindestens zehn Jahre vergehen.
Einer Gründe ist, neben dem sehr kleinen, leichten Lithium-Ion als Energieträger, auch die Ausgereiftheit der Technologie. Die Lithium-Ionen-Akkus sind seit ihrer Erfindung in den 1980er Jahren weiterentwickelt worden und haben ihre Energiedichte etwa verdoppelt. Auch die Lebensdauer hat sich von einigen Dutzend auf mehrere tausend bis zehntausend Ladezyklen erhöht. Bis neue Batteriekonzepte in diesen Bereich kommen, wird noch viel Forschungsarbeit gebraucht.
„Wir brauchen einen ganzheitlichen Ansatz“
Eine zusätzliche Herausforderung ist der Lade-Algorithmus für die Nicht- Lithium-Ionen-Batterien. Denn wegen ihrer anderen elektrochemischen Eigenschaften kann es bei Natrium, Aluminium und Co nötig sein, die Art und Weise des Ladens anzupassen. Das Team um Maksym Kovalenko vom Empa hat beispielsweise herausgefunden, dass sich die Leistung einer Aluminium-Graphit-Elektrode durch geschicktes, stufenweises Aufladen um bis zu 25 Prozent steigern lässt. Eine andere Forschergruppe ermittelte, dass ein Abkühlen auf minus zehn Grad einige dieser Elektroden leistungsfähiger machen kann.
Nach Ansicht der Empa-Forscher verdeutlichen diese Beispiele, dass für die alternativen Batteriekonzepte auch ein neues Batteriemanagement in Form neuer Sensoren, Ladegeräte und -algorithmen entwickelt werden muss – hier sei ein ganzheitlicher Ansatz gefragt. „Oft wird in der Forschungswelt mit einem Experiment nur die Machbarkeit einer Idee bewiesen – die Kosten für alle nötigen Bauteile und das voraussichtliche Gesamtgewicht des kompletten Batteriesystems werden dagegen oft vernachlässigt“, sagt Kostiantyn Kravchyk. Genau diese Parameter seien aber entscheidend für eine mögliche Kommerzialisierung.
Welche Alternative könnte wo eingesetzt werden?
Klar ist aber: Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterie werden in Zukunft dringend benötigt. Denn spätestens, wenn Elektromobilität und erneuerbare Energiegewinnung sich weiter durchsetzen, werden Unmengen an leistungsfähigen Energiespeichern gebraucht. Doch angesichts der knappen Ressourcen bei den Rohstoffen Lithium und Kobalt wird man ohne Alternativen nicht auskommen.
Nach Einschätzungen von Batterieforschern könnten Akkus mit Natrium-, Silizium- oder Aluminium-Elektroden künftig am ehesten dort punkten, wo es nicht auf die Größe und Ladezeit der Batterien ankommt. Denkbare Anwendungen wären stationäre Akkus, die zu Spitzenzeiten überschüssigen Strom von Windkraft- oder Solaranlagen speichern. Für mobile Anwendungen wie die Elektromobilität sehen Wissenschaftler dagegen eher Chancen für Batterien auf Basis von Magnesium, wie beispielsweise Magnesium-Schwefel-Akkus. Denn sie könnten die nötige Energiedichte liefern, sofern ihre Lebensdauer gesteigert werden kann.
