Zwischen den Polen

Oft erwähnt und doch noch keine Lösung in Sicht, die Batterie für Elektrofahrzeuge bleibt eine Dauerbaustelle

Wie im echten Leben, so gibt es auch in der Welt der Batterien einen Typus, der alle anderen dominiert und es oftmals unmöglich macht, sich überhaupt nach links und rechts umzusehen. Namentlich genannt, handelt es sich in diesem Fall um die Lithium-Ionen-Batterie. Seit es Akkus gibt, scheint sie das Nonplusultra am Markt zu sein, doch wie bei der Dieseltechnologie, sind auch ihre Optimierungspotenziale an Grenzen geraten. Anlass genug für Wissenschaft und Wirtschaft, sich nach neuen Wegen umzusehen, doch häufig ist man so festgefahren in den vorhandenen Strukturen, dass Innovation und Aufbruch nur schleppend vorangehen. Vielleicht ein Grund, warum nicht längst eine Batterie mit einer Reichweite von 500km pro Ladezyklus, geringen Herstellungskosten, umweltverträglichen und ressourcenschonenden Herstellungsmethoden, langer Lebensdauer und vielen möglichen Ladezyklen auf dem Markt ist und das alles mit einem unschlagbar günstigen Preis. Die Erfindung eines solchen Produkts wäre wohl ähnlich spektakulär, wie die Einführung von Elektrizität oder Mobilfunk und genauso anspruchsvoll scheint auch die Mission, um an dieses schier unerreichbar wirkende Ziel zu gelangen. 

Ausgebrannt: Lithium-Ionen-Batterie

An und für sich spricht auch nichts gegen die LIB, sie leistet eine hervorragende Arbeit, denn Lithium Ionen sorgen durch ihre Leichtigkeit für eine schnelle Wanderung von Anode zu Kathode und lassen eine hohe Energiedichte zu. Die Forschung hat dazu beigetragen, dass sich seit der Markteinführung vor 28 Jahren die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion, immens erhöht haben, doch damit ist jetzt bald Schluss. Ein Hauptargument, neben dem nahen Ende der Verbesserungsmöglichkeiten, ist der Rohstoff Kobalt, welcher für die Herstellung der Energielieferanten eine erhebliche Rolle spielt. Vor allem die Seltenheit des Metalls macht Batterieproduzenten bereits heute zu schaffen, denn der Preis steigt aufgrund der wachsenden Fördermenge stetig und exponentiell. Ein weiteres Manko der Kobaltförderung stellen die schlechten Arbeitsbedingungen der Minenbeschäftigten und die hohe Umweltbelastung bei der Förderung des giftigen Elements dar. Nicht selten werden so Kinderarbeit und die Emission giftiger Dämpfe gefördert. Auch die Nachfrage nach Lithium wird in die Höhe klettern, sollten tatsächlich in 30 Jahren mehr als doppelt so viele E-Flitzer durch die Welt rollen als noch heute, was angesichts verbindlicher Quoten, etwa in China gar nicht unrealistisch erscheint. 

Nun suchen Forscher*innen, so auch die Chemiker*innen des Helmholtz Institutes Ulm, oder des Karlsruher Institut für Technologie (siehe dazu auch vorangegangenen Artikel), nach Möglichkeiten einerseits LIB´s zu recyceln und andererseits Batterien zu entwicklen, die ohne das Lithium-Kobaltoxid in der Kathode auskommen. Einer der vielversprechendsten Ansätze ist dabei wohl die Natrium-Ionen-Batterie. Sie funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie die LIB, nur dass eben Lithium durch Natrium, ein sehr nachhaltiges und reichlich vorhandenes Element (u.a. in Kochsalz enthalten), ersetz würde. Allerdings dient diese Technologie wohl nur für stationäre Akkus, da die Energiedichte bei weitem nicht an jene des Lithium heranreicht, denn die Ionen sind deutlich schwerer. 

Abhilfe sollen für die Elektromobilität Magnesium-Schwefel-Batterien schaffen, welche sich alternativer Elementen bedienen, die in Unmengen vorhanden sind und eine große Energiedichte mit sich bringen, eine serienreife Markteinführung ist hier aber auf die Schnelle nicht in Sicht. Parallel dazu entwickeln Forscher*innen auch so genannte Konversion-Kathoden, bei denen zwar nicht auf Lithium verzichtet wird, dafür aber Kobalt und Nickel durch z.B. Eisen ersetzt werden könnten, was nicht nur zu einer Lösung des Rohstoffproblems, sondern auch zu einer erheblichen Steigerung des Energiepotenzials führen würde, da diese Kathoden in der Lage sind deutlich mehr Lithium zu speichern. Diese Variante der Batterie funktioniert jedoch nach aktuellem Stand der Wissenschaft nur im Labor. 

Ergänzend dazu orientiert man sich, wie so oft, auch in der Natur. Mittels organischer Stoffe, die man zur Herstellung der Elektroden nutzen kann, lassen sich Parameter wie Lebensdauer und Speicherfähigkeit erheblich verbessern und gleichzeitig eine nachhaltige Produktion sichern. Dabei liegt das Augenmerk vor allem auf Porphyrin, dass sich u.a. bei Spinnen- und Krebsblut finden lässt. Gelingt es, dieses zu stabilisieren und zu komprimieren, wäre das ein Meilenstein in der Batterieentwicklung. Erste Versuche waren vielversprechend und große Schwierigkeiten scheinen sich nicht aufzutun, allerdings wird noch einige Zeit ins Land gehen, bis diese Projekte spruchreif sind. 

So sieht es retrospektiv bei vielen der hier erwähnten Ideen aus, denn vor allem der Preis ist bisher ein Manko, dass alle Alternativen zur LIB mit sich bringen. Wichtig ist aber, dass die Politik und so lautet auch eine Forderung von DIE LINKE, unermüdlich an der Förderung solcher zukunftsweisenden Forschungsprojekte mitwirkt und somit ihren Beitrag zur Investition in die Zukunft leistet, damit Deutschland und die Europäische Union auch in den nächsten Jahren eine Vorreiterrolle in puncto Innovation, Nachhaltigkeit und Entwicklung neuer Konzepte einnehmen. 

Wie funktioniert eine LIB: Ionen bewegen sich von der Anode zur Kathode, dabei durchschwimmen sie eine Elektorlytlösung. Die positiven Ionen werden durch das Andocken an der Kathode zu einer Art Lockbote für negative Elektronen, welche angezogen werden und zur Stromerzeugung führen.   

Quellen: https://www.sueddeutsche.de/wissen/batterien-weg-vom-lithium-1.4169140; Foto: Von National Transportation Safety Board - http://www.ntsb.gov/investigations/2013/boeing_787/photos/1-7-12_JAL787_APU_Battery_s.jpghttp://www.ntsb.gov/investigations/2013/boeing_787/boeing_787.html (description), Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=24524953