Was kommt nach den Lithium-Ionen-Batterien?
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In Deutschland befinden sich einige der weltweit führenden Batterieforschungszentren, unter ihnen das MEET Batterieforschungszentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und das Helmholtz-Institut Münster. Während sich ersteres der Entwicklung neuer und optimierter Batterietypen als Gesamtes widmet und gerade ein neues Verbundprojekt zur Erforschung von Lithium-Schwefel-Batterien gestartet hat, hat letzteres den Elektrolyten zum Ionentransport im Fokus. Anlässlich des Tags der Batterie am 18. Februar hat Dr. Peter Bieker, Forscher am MEET, einen Ausblick auf die Batteriesysteme der Zukunft gegeben und erklärt, warum das Ziel nicht immer „höher, schneller, weiter“ sein muss.
Der Forscher geht davon aus, dass es in Zukunft nicht die eine Batterietechnologie geben und sich der Markt stärker ausdifferenzieren wird. Die aktuell dominierende Lithium-Ionen-Technologie werde uns die nächsten 10 bis 15 Jahre noch begleiten. Da sich jedoch die Anforderungen stark unterscheiden, werden andere Systeme hinzukommen, beispielsweise leichtere Batterien für Flugzeuge oder kleinere für Smartphones und Uhren. Parameter wie Umweltfreundlichkeit, Verfügbarkeit und Kostengünstigkeit würden aber mehr in den Fokus rücken als die Batterieeffizienz und -leistung.
Lithium-Metall-Batterien mit Feststoffelektrolyten gelten als vielversprechende Kandidaten für einen Masseneinsatz. Sie verfügen über eine hohe Energiedichte, halten sicherheitstechnisch mit Lithium-Ionen-Batterien mit und sind Hoffnungsträger für Elektromobilität und Luftfahrt. Bieker rechnet damit, diese Technologie noch in dieser Dekade auf dem Markt zu sehen. Aufgrund der aktuellen Preissteigerungen und der zweifelhaften Abbaumethoden stehen auch Lithium- und Kobalt-freie Batterien im Fokus. Aktuell werde an mehreren Technologien gearbeitet, die insbesondere für Heimanwendungen wie Alarmanlagen, Thermostate oder Lautsprecher geeignet sein sollen. Eine weitere, günstige und ressourcenschonende Alternative könnten Natrium-Ionen-Batterien sein. Diese weisen zwar eine geringere Energiedichte auf, bringen aber Vorteile bei der Schnellladung und werden daher in Japan bereits als Zwischenspeicher für Stromkraftwerke genutzt.
Geforscht wird außerdem an Dual-Ionen-Technologien. Bei dieser sind an der Energiespeicherung – neben den Lithium-Ionen – auch Elektrolyt-Anionen beteiligt. Der Elektrolyt fungiert somit als Aktivmaterial, was zahlreiche Optimierungsansätze bringt. Einsatzgebiete wären beispielsweise Notstromaggregate oder andere stationäre Anwendungen. Organischen Polymerbatterien wiederum eignen sich aufgrund der hohen Lade- und Entladeraten vor allem für Anwendungen wie Bremskraftverstärker in Autos, Bussen oder Bahn.
Bei jeder dieser Alternativen müssten jedoch noch unterschiedliche Aspekte im Hinblick auf die Energiedichte, Sicherheit oder Zyklenstabilität weiter erforscht werden. Dabei denken die Forscher den Herstellungsprozess bereits mit. Das Thema Nachhaltigkeit spiele „bei uns in Europa eine sehr große Rolle„, wie Bieker erklärt. Daher müssten die Forscher Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen, umweltschonende Produktionsprozesse oder Zweitanwednungen und Recycling von genutzten Batterien bereits berücksichtigen. „In einer zirkulären Wirtschaft von Batterien liegt enormes ökologisches und wirtschaftliches Potential„, betont der Batterieexperte.
Quelle: uni-muenster.de – Interview mit Dr. Peter Bieker, MEET-Batterieforschungszentrum und Helmholtz-Institut Münster
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