Jülich Forscher suchen die Super-Batterie

Von: hfs.
Letzte Aktualisierung:
10759249.jpg
An einem so genannten Elektrospinner betreiben die Jülicher Forscher, wie zum Beispiel Doktorand Kevin Schiemann, die Entwicklung und Erprobung einer Metall-Luft-Batterie. Foto: hfs.

Jülich. Gesucht wird die Superbatterie. Leistungsmerkmale: sicher, günstig, langlebig, effizient und leistungsstark. Dabei, so sagt es der Jülicher Batterieforscher Prof. Rüdiger Eichel vom Forschungszentrum (FZJ), sei der Lithium-Ionen-Akku – heute Standard in allen mobilen Geräten – leistungsfähiger denn je.

„Kein wiederaufladbarer Energiespeicher kann ihm zurzeit das Wasser reichen“, sagt der Leiter des Instituts für Energie- und Klimaforschung, der aber auch gleichzeitig betont, dass die Weiterentwicklung der elektrischen Speicher, zum Beispiel vor dem Hintergrund der Zusatzfunktionen für Handys, Autos oder aber für die Energiewende sehr langsam vorangehen würde.

„Ihr Akku reicht noch für einen Tag, sechs Stunden.“ Im Display des modernen Smartphones beruhigt diese Mitteilung. Genügend Zeit also, noch die eingegangenen Mails zu lesen, schnell eine SMS zu verschicken. Als dann noch der eingehende Anruf angenommen wird, die ersten Freundlichkeiten ausgetauscht worden sind, ist das Gespräch weg. Der Akku ist leer, das Ladekabel liegt zu Hause. Das Gefühl, zurück in die Steinzeit versetzt worden zu sein, kennt jeder. Auch Rüdiger Eichel. Dabei, so sagt er, sei der Lithium-Ionen-Akku, der auch in diesem hochmodernen Smartphone steckt, leistungsfähiger denn je. „Von einem Superakku, der auf alle elektronischen Anwendungen passt, kann man als Verbraucher weiterhin nur träumen“, sagt der Experte.

Er muss es wissen, denn Eichel koordiniert mit dem Karlsruher Nanowissenschaftler Horst Hahn als Sprecher die Batterieforschung aller Helmholtz-Zentren in Deutschland, zu den auch das FZJ gehört. Warum kein Superakku? Für die Wissenschaftler gilt es, die unterschiedlichen Herausforderungen, die an eine(n) Batterie/Akku gestellt werden, zu berücksichtigen. Während eine Autobatterie beispielsweise sehr hohen Strom bei ganz unterschiedlichen Temperaturen liefern muss, braucht ein Handy-Akku diese hohen Stromdichten nicht.

Nur dieses eine Beispiel verdeutlicht, vor welchen Herausforderungen die Batterieforscher stehen. Statt des Superakkus wird es verschiedene Typen und Systeme geben müssen, die aber allesamt eines vereint: günstig, langlebig, effizient und leistungsstark müssen sie sein. Dass die Erfolgsgeschichte von der Entwicklung der Lithium-Ionen-Technologie irgendwann optimiert werden kann, davon sind die Experten überzeugt.

Nie die Reichweite von Benzin

Neue Ansätze in der Entwicklung könnten diese Technologie eines Tages in ausgewählten Anwendungen ablösen. Doch auch diese werden ihre Grenzen erreichen. So erwarten viele Forscher, dass die Reichweite eines Elektroautos mit Lithium-Ionen-Technologie niemals die Reichweite eines Autos mit Benzintank erreichen wird. Die immer energiehungrigeren Smartphones verlangen nach neuen Ansätzen, denn Filmen, Fotografieren und Spielen benötigen immer größere Akkukapazität. Doch dafür bedarf es, so die Jülicher Wissenschaftler um Prof. Rüdiger Eichel, neuer Materialien. Zum Beispiel für den Plus- und Minuspol und den Elektrolyten, jenes Medium in der Batterie, welches den internen Ionen-Transport zwischen den beiden Elektroden, der Anode und der Kathode, übernimmt.

Wie „schwer“ sich die Forscher auf der Suche nach Alternativen tun, verdeutlicht die Tatsache, dass an Lithium-Ionen-Akkus bereits seit 40 Jahren geforscht wird. Die Materialforscher tun sich schwer, schließlich gilt es, den unnötigen Ballast des Graphit – in der negativen Elektrode einer typischen Lithium-Ionen-Zelle werden die Lithium-Ionen in Graphit eingelagert, was vergleichsweise viel Platz erfordert – mit anderen Materialien zu ersetzen. Mit Lithium-Schwefel-Akkus, mit Magnesium-Ionen, Metall-Luft-Akkus oder aber Lithium-Sauerstoff-Akkus. Endgültige Lösungen, die auch Marktreife erlangen, gibt es noch nicht. Zu viele unerwünschte Nebenreaktionen machen den Forschern zu schaffen.

„Das Feld jenseits der bewährten Technologie ist nahezu unbekannt und wartet nur darauf, entdeckt zu werden“ sagt Eichel trotzdem und verweist zum Beispiel darauf, dass Wissenschaftler erst kürzlich im FZJ einen keramischen Elektrolyten entwickelt haben. Der könnte den flüssigen Elektrolyten – durch diesen wandern die Ionen zur positiven Elektrode aus dem Metalloxid, aus diesen Ladungen entsteht der elektrische Strom – ersetzen, wodurch Probleme wie ein Auslaufen der Batterie, Überhitzen, Abbrand und Giftigkeit entfallen.

Und der Einsatz von Keramik führt zu einer hohe Energiedichte. Je größer diese Energiedichte ist, umso kleiner und leichter wird der Akku bei gleicher Kapazität. „Doch unsere Feststoffbatterie ist noch weit von der Marktreife entfernt. Wir sprechen über Grundlagenforschung“, deutet Eichel an, dass es bis zum endgültigen Durchbruch der Wunderbatterie noch Jahrzehnte dauern wird.

Prof. Rüdiger Eichel „setzt“ diesbezüglich auf eine Eisen-Luft-Batterie, die theoretisch eine Energiedichte in der Größenordnung von Benzin haben kann. Problem: Bisher gelang es in Laborversuchen, diesen Batterietyp nur knapp 20 Mal aufzuladen. „Für eine marktreife Anwendung brauchen wir aber 1000 Zyklen“, sagt Rüdiger Eichel, für den diesen Konzept aber den größten Fortschritt verspricht.

Leserkommentare

Leserkommentare (0)

Sie schreiben unter dem Namen:



Diskutieren Sie mit!

Damit Sie Artikel kommentieren können, müssen Sie sich einmalig registrieren — bereits registrierte Leser müssen zum Schreiben eines Kommentars eingeloggt sein. Beachten Sie unsere Diskussionsregeln, die Netiquette.

Homepage aktualisiert

Finden Sie jetzt neue aktuelle Informationen auf unserer Startseite

Wieder zur Homepage

Die Homepage wurde aktualisiert