Power to go

Im Bereich der Elektromobilität geht ohne sie gar nichts: Akkus. Sie liefern den „Saft“ für unzählige Fahrzeuge und Anwendungen, die ihren Reiz gerade dadurch gewinnen, dass sie nicht ständig an der Steckdose hängen müssen. Auch wenn die Batterietechnik in den vergangenen Jahrzehnten große Fortschritte gemacht hat, erscheint uns ein Akku oft etwas „altmodisch“ im Vergleich zur modernen Hightech-Elektronik. Beispiel: Der Mikroprozessor eines Smartphones ist in der Lage, innerhalb von Sekunden Milliarden von Rechenoperationen auszuführen. Aber bis der Akku aufgeladen ist, dauert es Stunden. Auch was das Gewicht betrifft, stehen Akkus an der Spitze aller verbauten Komponenten. Der Konsument mag sich darüber ärgern – aber es liegt einfach in der Natur der Sache, dass Energiespeicher und die darin ablaufenden chemischen Reaktionen nicht dermaßen miniaturisiert werden können, wie wir es aus der Welt der Halbleiterindustrie kennen.

Verschiedene Batterietypen

Am häufigsten sind günstige Alkalinebatterien, z. B. in Fernbedienungen und Uhren. Nickel-Cadmium-Akkus, die ähnlich wie Alkaline-Batterien verwendet werden, sind wiederaufladbar. Lithium-Ionen-Akkus werden beispielsweise in Kameras, Bohrmaschinen und Elektroautos eingesetzt. Lithium-Polymer-Akkus finden sich beispielsweise in Smartphones und Tablets. Sie sind eine spezielle Art von Lithium-Ionen-Akkus. Speziell deshalb, weil sie dank der Verwendung eines gelartigen statt flüssigen Elektrolyten sehr flach gebaut werden können. Allerdings sind sie empfindlicher als Lithium-Ionen-Akkus.
Auch wenn Lithiumakkus heute das Maß aller Dinge sind, sind gewisse Nachteile unübersehbar. Wohl jeder hat schon Bilder von Smartphones oder Elektroautos gesehen, deren Akku in Brand geraten oder gar explodiert ist – ein Horrorszenario. Weltweit wird deshalb fleißig an neuen Akkutypen und -technologien geforscht. Das Ziel: Größe, Gewicht, Ladezeit und Preis von Akkus zu senken und die Sicherheit zu erhöhen. Kommt hinzu, dass die Elemente Lithium und Kobalt als Hauptbestandteile vieler Akkus nicht unbegrenzt zur Verfügung stehen.

Magnesium-Akkus am Horizont

Ein möglicher Nachfolger sind Magnesium-Akkus. Auf diese Technologie fokussiert sich ein Forschungsprojekt des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Helmholtz-Instituts in Ulm. „Eine Magnesiumbatterie hätte im Vergleich zu konventionellen Lithium-Ionen-Batterien entscheidende Vorzüge“, schreibt das KIT in einer Pressemitteilung. „Magnesium als Anodenmaterial ermöglicht eine höhere Energiedichte und wäre viel sicherer.“ Ein weiterer Vorteil: Magnesium kommt als Rohstoff etwa 3000 Mal häufiger als Lithium vor und ist erst noch einfacher recycelbar. „Kommt Europa bei der Entwicklung zügig voran, könnten Magnesiumbatterien außerdem dabei helfen, die Dominanz der asiatischen Produzenten von Batteriezellen zu vermindern und eine konkurrenzfähige Batteriefertigung in Europa zu etablieren“, schreibt das KIT weiter.
Ein weiterer Kandidat für sogenannte Solid-State-Akkus (Feststoffakkumulatoren) besteht – man höre und staune – aus Glas. Das darin vorkommende Natrium gehört zu den häufigsten Elementen. Solche Akkus mit Spezialglas als Elektrolyt sollen sich innerhalb von Minuten aufladen lassen und größere Sicherheit bieten als brennbare Lithium-Ionen-Akkus. Bis eine solch neue Batterietechnologie zur Marktreife gelangt und die Lithium-Ionen-Akkus endgültig verdrängt, dürften allerdings noch einige Jahre vergehen.