Benachrichtigung aktivieren Dürfen wir Sie in Ihrem Browser über die wichtigsten Nachrichten des Handelsblatts informieren? Sie erhalten 2-5 Meldungen pro Tag.
Fast geschafft Erlauben Sie handelsblatt.com Ihnen Benachrichtigungen zu schicken. Dies können Sie in der Meldung Ihres Browsers bestätigen.
Benachrichtigungen erfolgreich aktiviert Wir halten Sie ab sofort über die wichtigsten Nachrichten des Handelsblatts auf dem Laufenden. Sie erhalten 2-5 Meldungen pro Tag.
Jetzt Aktivieren
Nein, danke

Energie Batterietechnik: Die neue Vielfalt beim Stromspeichern

E-Mobilität und Energiewende sorgen für enormen Bedarf an Batterien. Forscher arbeiten daran, die Abhängigkeiten von knappen Rohstoffen zu verringern.
2 Kommentare
Der Autobauer fertigte zunächst aus vielen kleinen Akkus einen großen. Quelle: Bloomberg/Getty Images
Tesla-Batterie

Der Autobauer fertigte zunächst aus vielen kleinen Akkus einen großen.

(Foto: Bloomberg/Getty Images)

Freiburg Einst galt das Konzept als der große Coup von Tesla: Anstatt sich lange mit der Entwicklung von teuren Spezialakkus aufzuhalten, nutzte das Unternehmen schlicht die sogenannten 18.650er-Zellen, wie sie in Laptops und anderen Kleingeräten längst etabliert waren. Tesla schaltete sie kurzerhand zu Tausenden zusammen – und fertig war der Batterieblock für das E-Auto.

Technikhistoriker werden solche Ideen künftig als das Experimentierstadium einer noch jungen Entwicklung beschreiben. Denn inzwischen haben Forscher das Ende der Standardbatterie eingeläutet: Die Zellen werden zunehmend für den jeweiligen Einsatzbereich optimiert. Ziel ist auch, die Abhängigkeit von Rohstoffen zu verringern, bei denen Knappheit droht oder deren Abbau aus ethischen Gründen problematisch ist.

„Vor allem die Nachfrage bei Kobalt und Lithium wird sich in den nächsten fünf bis zehn Jahren vervielfachen“, warnte im Oktober die Vereinigung der Bayerischen Wirtschaft in einer Studie. Weil nur wenige Länder die für Batteriehersteller elementaren Rohstoffe fördern, drohen laut Studie Versorgungsrisiken. Besonders bei der Kobaltförderung sei zudem „die Einhaltung von Menschenrechten, Sozial- und Umweltstandards nicht gewährleistet“.

Die Berater von Arthur D. Little bestätigen den Trend. Sie sehen neben E-Autos den Zuwachs bei erneuerbaren Energien als wichtigen Treiber für den globalen Batteriemarkt. Dieser werde von 2015 bis 2025 um 50 Prozent auf 90 Milliarden Dollar wachsen. Für die Experten steht fest, dass viele verschiedene Technologien zum Einsatz kommen: Die universelle Batterie gibt es nicht.

Vor allem zwei Aspekte sind für das Zelldesign wichtig: die gewünschte Energiedichte und die Lebensdauer – diese wird nicht nur absolut betrachtet, sondern auch abhängig davon, nach wie vielen Ladezyklen die Batterie an Kapazität einbüßt.

In der Kommunikationstechnik ist eine lange Lebensdauer oft gar nicht so sehr gefragt, weil die Geräte vergleichsweise rasch ausrangiert werden. Ein Handyakku muss keine 20 Jahre halten. Dafür aber erwarten Produktentwickler, dass er 1000 volle Zyklen schafft – also etwa drei Jahre lang einmal täglich geladen wird.

Der Akku eines Elektroautos kommt dagegen mit viel weniger Ladezyklen aus – die in Jahren gemessene Lebensdauer ist wichtiger. Bei einer täglichen Fahrleistung von 40 Kilometern – das ist der Durchschnitt eines Pkws in Deutschland – muss die Batterie bei einer angestrebten Reichweite von 400 Kilometern nur alle zehn Tage versorgt werden. Damit ergeben sich bescheidene 35 Vollzyklen im Jahr.

Die Lebensdauer zählt

Als Solarspeicher im heimischen Keller oder beim Einsatz zur Netzstabilisierung eines Stromversorgers sollte der Akku 250 Zyklen jährlich und das über 20 Jahre durchhalten. Dagegen ist die Energiedichte hier weniger relevant als im Fahrzeugbau und in der Kommunikationstechnik. Denn in der Regel ist auch mehr Platz verfügbar, und Gewicht spielt hier eine geringere Rolle.

Zellentwickler müssen mehrgleisig fahren, um allen Anforderungen gerecht zu werden: „Die eher kleinen Batterien für die Elektronik dürften auch künftig Premium-Zellen vom Typ Lithium-Ionen sein“, sagt Stefano Passerini, Direktor des auf Speichertechnik spezialisierten Helmholtz-Instituts in Ulm. Es zählt vor allem die hohe Energiedichte, die mithilfe eines hohen Kobaltgehalts in der positiven Elektrode und mit siliziumhaltigem Grafit in der negativen Elektrode erreicht wird.

Die vergleichsweise hohen Kosten für die Batterie müssen die Abnehmer dafür in Kauf nehmen. „Beim Handy und im Elektroauto ist der Druck, möglichst leicht zu bauen, so groß, da wird man bis auf Weiteres beim Lithium-Ionen-Akku bleiben“, bestätigt Andreas Jossen, Professor für Elektrische Energiespeichertechnik an der Technischen Universität München.

Lithium-Ionen-Technik dominiert

Zwar werde zumindest die nächsten zehn bis 15 Jahre auch im Fahrzeugbau klassische Lithium-Ionen-Technik dominieren, sagt Forscher Passerini. Doch er erwartet technische Veränderungen: „Künftig werden etwa Elektroden mit geringerem Kobaltgehalt eingesetzt.“ Noch finden die Elemente Nickel, Mangan und Kobalt in den Zellen oft zu gleichen Teilen Verwendung, künftig soll mehr Nickel genutzt werden.

Ganz ohne Kobalt kommen Lithium-Eisenphosphat-Zellen aus. Diese erzielen allerdings nur eine geringere Energie- und Leistungsdichte und eignen sich damit eher für Heimspeicher als für Autos. Auch stationäre Speicherbatterien werden sich laut Passerini stark differenzieren. Ein Hoffnungsträger ist die Natrium-Ionen-Batterie, bei der günstiges Natrium das Lithium ersetzt. Sie leidet aber an eher geringer Energiedichte.

Für die Speicherung in großem Maßstab bieten sich in Zukunft verschiedene Arten sogenannter Redox-Flow-Batterien an. Diese basieren auf einem völlig anderen Konzept als klassische Akkus. Die Energie wird in zwei Flüssigkeiten gespeichert, den beiden Elektrolyten.

Wird die Batterie geladen, nimmt eine der Flüssigkeiten Elektronen von der anderen auf. Wird sie entladen, fließen die Ladungsteilchen wieder zurück. Ein Vorteil des Verfahrens: Um die Kapazität der Batterie zu erhöhen, müssen nur die beiden Tanks vergrößert werden. Die am weitesten ausgereifte Variante der Redox-Flow-Batterie basiert auf zwei Vanadium-Salzen.

Eine entsprechende Technik testet derzeit der Freiburger Energieversorger Badenova in seinem Verteilnetz. 120 Kilowattstunden kann der Speicher aufnehmen, der in einem Standardcontainer untergebracht ist.

Das Unternehmen hebt als Vorteile die unkritische Situation bei der Beschaffung der nötigen Materialien hervor: „Seltene Erden oder andere Konfliktrohstoffe wie Mangan oder Kobalt werden bei diesem Batterietyp nicht eingesetzt“, sagte Badenova-Projektleiter Malte Thoma bei der Inbetriebnahme des Speichers im Frühsommer. Vanadium sei ein recht häufiges Element, die Gewinnung „ohne Raubbau an der Natur“ möglich.

Alternative Antriebsformen: „Die E-Mobilität wird kommen, da gibt es keine Alternative“

Mehr: Holländische AMG plant erste Lithium-Raffinerie in Deutschland – Der niederländische Konzern will einen wichtigen Teil der Wertschöpfung für Elektroautos nach Deutschland holen. Sachsen-Anhalt kann auf Millionen hoffen

Der Handelsblatt Expertencall
Startseite

Mehr zu: Energie - Batterietechnik: Die neue Vielfalt beim Stromspeichern

2 Kommentare zu "Energie: Batterietechnik: Die neue Vielfalt beim Stromspeichern"

Das Kommentieren dieses Artikels wurde deaktiviert.

  • Feststoffakku / Kreissel Brüder

  • Wieso reden plötzlich alle über das Recycling der Teslabatterie, aber nicht auch über die Li-Ion-Akkus, die doch auch bzw. schon die Stromversorgung sichern sollen?
    Das haben doch schon die ersten zum Zukunftsgeschäft erklärt?