Akku – neue Speichertechnologien

Nahezu überall finden wir die erfolgreichen Energiespeicher, ob im Laptop, Tablet oder Smartphone. Die Rede ist vom derzeit aktuellen Energiespeicher in Form von Lithium-Ionen-Akkus.

Akkupacks und Knopfzellen

Akkus gibt es in vielen unterschiedlichen Größen und Bauformen und werden als winzig kleine Knopfzelle für beispielsweise Hörgeräte bis hin zu großen Kaskaden an Lithium-Zellen für Speicherbatterien angefertigt und angeboten. Auch Sonderbauformen für beispielsweise sehr flache aber effiziente Smartphone-Akkus sind möglich. Seit der Einführung dieser Akkutechnologie im Jahre 1991 durch die Forma Sony konnte die Speicherdichte dieser Zellen nahezu verdreifacht werden. Um die enorm hohen Anforderungen von beispielsweise der Elektrifizierung von Fahrzeugen standhalten zu können, muss ein Technologiewechsel stattfinden.

Derzeit sind die Li-Io-Akkus schlicht zu groß und für die benötigten Kapazitäten auch einfach viel zu schwer. Um einigermaßen akzeptable Fahrzeugreichweiten erzielen zu können, müssen riesen große Akkublöcke zusammengeschaltet werden. Je größer diese Module aber werden, umso schwerer werden Sie und umso weniger Reichweite erzielt man daraus. Die Industrie und Wissenschaftler sind sich hier einig: In der aktuellen Form und den verfügbaren Kapazitäten haben die Li-Io-Akkus den Höhepunkt Ihrer Wirksamkeit erreicht.

Akkus und Technologien für die Zukunft

Um mit den derzeitigen rasanten Entwicklungen in beispielsweise der Elektromobilität mithalten zu können, müssen wesentlich größere Kapazitäten und ökologisch verträglichere Materialen verfügbar gemacht werden. In nahezu keinem anderen Segment wird derzeit so intensiv geforscht wie in der Akku-Technologie. Vor allem große Konzerne, Forschungsinstitute und auch zahlreiche Startups – unter anderem auch ein bayerisches Unternehmen – haben hier bereits erhebliche Fortschritte erzielen können. Das Marktvolumen in diesem Segment wird derzeit auf knapp 40 Milliarden US-Dollar geschätzt. Wer hier die Nase vorne hat, dem winken satte Umsatzzahlen und Gewinne.

Eine Kooperation aus den Unternehmen Honda, dem California Institute of Technology (CIT) und der NASA nebst dem JPL (Jet-Propulsion-Laboratory) haben vor kurzen eine neue Speichertechnologie entwickelt. Der neue Fluorid-Akku soll dabei eine zehnmal höhere Energiedichte als ein Li-Io-Akku haben und nachhaltiger produziert werden können. Diese Technologie mag dem einen oder anderen bekannt vorkommen, tatsächlich ist sie nicht neu. Revolutionär ist hier aber die Tatsache, dass diese Technologie bisher eine Betriebstemperatur von nahezu 150 °C hat, nun aber auch bei Raumtemperatur betrieben werden kann.

Natrium und Schwefel als Alternativen

Wesentlich vielversprechender scheinen derzeit jedoch noch zwei weitere neue Akku-Technologien zu sein. Natrium-Ionen-Akkus haben dabei den großen Vorteil, dass für die Kathoden im Akku das bislang verwendete Lithium einfach durch Natrium ersetzt wird. Somit kann hier vollständig auf Lithium oder gar Kobalt verzichtet werden. Natrium ist zudem wesentlich besser verfügbar, ökologischer abbaubar und verarbeitbar. Damit wären diese Akkus erheblich leistungsfähiger, günstiger und umweltfreundlicher produzierbar. Diese Technologie wird auch in Kürze auf dem Markt erscheinen.

Neben dieser neuen Technologie gibt es auch noch Versuche mit Schwefel als Zellenmaterial. Das Berliner Helmholtz-Zentrum und die Energie GmbH haben bereits optimierte Ergebnisse erzielen können. In Verbindung mit Natrium-Ionen-Akkus hat das bayerische Unternehmen CMBlue einen hocheffizienten Energiespeicher entwickelt. Mit dem aus Holzabfällen generierten Stoff „Lignin“ hat CMBlue ein Verfahren entwickelt, diese Substanz als Vorläufer beim Elektrolyt einer RedOx-Flow-Batterie zu nutzen. Damit wäre ein solcher Akku nicht nur erheblich leistungsstärker und günstiger, er könnte zudem auch in Großspeicheranlagen eingesetzt werden. Ganz nebenbei würde er die bisherige Li-Io-Technologie vollständig ersetzen.

Fazit

Die Forschung und der Markt zu Akku-Speichertechnologien ist stark in Bewegung. Einige Entwicklungen sind bereits Serienreif und könnten in Kürze auf dem Markt erscheinen. Andere, teils wesentlich effizientere Akku-Technologien, stehen kurz vor der Marktreife und Einführung. In jedem Fall wird eine Steigerung der Speicherdicht und damit Leistung zu erwarten sein. Demzufolge wird beispielsweise die Elektrifizierung der Automobilbranche einen starken Schub erfahren. Derzeit importiert Deutschland beispielsweise den Großteil der benötigten Akkus immer noch aus Asien.

Autor: Volkmar Großwendt [vg]