Neuer Anlauf für Blei-Akkus

Bleibatterien, die als günstig und robust gelten, können ein Fahrzeug sogar im kalten Winter starten lassen. Ihr hohes Gewicht und ihre relativ kurze Lebensdauer verhinderten bislang allerdings, dass sie in Hybrid-Fahrzeugen oder vollelektrischen, akku-betriebenen Geräten eingesetzt werden.

Doch die gute alte Bleibatterie steht vor einem Comeback. Forscher haben den alten Ansatz nun stark überarbeitet und ihr Gewicht reduziert, gleichzeitig die Lebensdauer erhöht und Bleibatterien ähnlich leistungsfähig gemacht wie Nickel-Metall-Hydrid-Akkus, die in heutigen Hybrid-Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Zu den Pionieren gehört das Unternehmen Firefly Energy aus dem US-Bundesstaat Illinois.

Die neuen Batterien sind nur noch ein Drittel bis ein Viertel so schwer wie traditionelle Bleiakkus, wie Mil Ovan, Mitbegründer von Firefly, erklärt. Auch sei die Leistungsfähigkeit inzwischen so hoch wie bei Nickel-Metall-Hydrid-Batterien, ohne dass es zu Problemen bei der Haltbarkeit komme.

Der größte Vorteil der neuen Akkus sei aber ihr Preis: Weil Blei relativ günstig ist und es bereits große Infrastrukturen zur Produktion von Blei-basierten Akkus existieren, sollen die neu entwickelten Energiespender laut Firefly nur ein Drittel dessen kosten, was man für Nickel-Metall-Hydrid-Akkus auf den Tisch legen muss. Außerdem besteht künftig die Gefahr, dass der Nickelpreis steigen könnte, je populärer die Hybrid-Fahrzeuge werden: "Es gibt wahrscheinlich nicht genügend Nickel, um damit jedes Auto auszustatten. Blei ist dagegen reichlich vorhanden", so I. Francis Cheng von der University of Idaho, der in Konkurrenz zu Firefly an fortschrittlichen Bleiakkus für Militäranwendungen arbeitet.

Firefly löste die Probleme bei Gewicht und Leistungsausbeute, indem die traditionelle Blei-Anordnung in den Batterien verändert wurde. Statt schwerer Bleigitter wird ein leichter Grafit-Schaum verwendet, um die Elektronen einzusammeln, die bei der chemischen Reaktion in der Batterie entstehen. Cheng, der derzeit nicht mit Firefly zusammenarbeitet, verwendet außerdem Zusatzstoffe, die Gewicht und Leistungsfähigkeit weiter reduzieren helfen sollen. Eine vergrößerte aktive Oberfläche innerhalb der Batterie ermöglicht so einen schnelleren Ladevorgang bei höherer Leistungsabgabe. Bei Experimenten mit der Oberfläche des alten Bleigitters zeigten sich anfangs jedoch keine Erfolge: Je größer die Oberfläche, desto schneller war die Batterie verbraucht. Es musste also immer ein Kompromiss zwischen Leistungsfähigkeit und Stabilität gefunden werden.

Das neue Gitter aus Grafit-Schaum ist hingegen deutlich resistenter gegen Korrosion, die traditionellen Bleiakkus normalerweise irgendwann den Garaus macht. Dementsprechend erhöht sich die Haltbarkeit. So lassen sich die neuen Bleiakkus beispielsweise einen langen Winter über in einer Garage lagern - vollelektrische Akku-Rasenmäher würden so möglich, wie Ovan meint.

Obwohl man bei Firefly Energy noch im Prototypen-Stadium steckt, hat das Unternehmen bereits das Interesse mehrere großer Hersteller geweckt. Darunter ist der LKW- und Baufahrzeugspezialist Caterpillar, bei dem einst die Basistechnologie der neuen Bleiakkus entwickelt wurde, sowie BAE Systems, Hersteller des Kampffahrzeugs vom Typ Bradley. Der schwedische Elektrolux-Konzern, zu dessen Marken Husqvarna, Poulan, und Weed Eater gehören, plant vollelektrische Geräte mit der Firefly-Batterie bereits fürs nächste Jahr – darunter Rasenmäher und Rasentraktoren. Außerdem will das US-Verteidigungsministerium 2,5 Millionen Dollar in Firefly stecken, damit das Unternehmen Batterien für leise Militärfahrzeuge bauen kann, die im Kampfeinsatz dann ihren lärmenden Verbrennungsmotor abschalten könnten.

Der Wunsch nach den neuen Bleiakkus ergab sich aber aus einem ganz anderen Problem: LKW-Fahrer, die an Rastplätzen gezwungen waren, ihre Motoren abzustellen, klagten bei Caterpillar über wenig langlebige Batterien, die sie zum Betrieb von Klimaanlage und anderer elektrischer Geräte in der Fahrerkabine doch benötigten. Der Caterpillar-Materialwissenschaftler Kurt Kelley bekam daher den Auftrag, das Problem zu lösen. Kelley ist inzwischen Forschungschef bei Firefly.

"Kurt Kelley hatte zuvor nie einen Bleiakku gebaut. Das war eine gute Sache, weil er sich nicht von der traditionellen Lehrmeinung im Batteriebau einschränken ließ, was man mit einem Bleiakku tun oder lassen sollte", meint Ovan. Kelleys "Unerfahrenheit" führte schließlich zu einer funktionierenden Form von Grafit-Schaum, obwohl die Batteriebranche diesen zuvor für leistungsschwach gehalten hatte.

Obwohl die neue Bleiakku-Technologie sehr viel versprechend ist, begibt sich Firefly in einen stark umkämpften Markt. So glauben viele Beobachter aus Industrie und Regierung, dass eine neue Generation aus leichtgewichtigen Lithium-Ionen-Akkus mit hoher Leistungsfähigkeit die aktuellen Nickel-Metall-Hydrid-Batterien in Hybrid-Fahrzeugen ersetzen wird. Der Grund: Bei der leistungsstarken LiIon-Technik werden gerade die wichtigsten Probleme (hohe Kosten, Sicherheitsprobleme und die Frage der Langlebigkeit) nach und nach gelöst. Gleichzeitig muss Firefly auch mit anderen Bleiakku-Projekten konkurrieren - wie dem an der University of Idaho.

Von Kevin Bullis; Übersetzung: Ben Schwan. (wst)