Post aus Japan: Auf zur nächsten Batterie-Generation
Nach Lithium-Ionen-Akkus widmen sich Forscher nun Natrium und Kalium als Materialien. Sie sollen Batterien für die Massenspeicherung von Strom preiswert ermöglichen.
Akkuanzeige in einem E-Auto.
- Martin Kölling
Ob im Handy oder Auto, Lithium-Ionen-Akkus speichern den Strom. Die nächste, effizientere Version ist mit Feststoffbatterien bereits auf dem Weg. Der Autohersteller Toyota will im kommenden Jahr ein Modell vorstellen. Doch der Materialwissenschaftler Shinichi Komaba von der Universität Tokio arbeitet an einer ferneren Zukunft. "Mein Hauptziel ist es, Natrium- und Kalium-Ionen-Batterien zu entwickeln", sagt Professor Komaba. "Wenn uns das gelingt, haben wir einen viel effizienteren Speicher für riesige Strommengen."
Billiger und verbreiteter
Die beiden Metalle gelten schon lange als Kandidaten für den wahren Großeinsatz von Batterien als Speicher von Wind- und Solarstrom. Batterien mit Natrium oder Kalium würden zwar nicht gleiche Energiedichten haben wie Lithium-Ionen-Akkus, denn die beiden Metalle sind schwerer als Lithium, das mit der Ordnungszahl 3 im Periodensystem gleich nach Wasserstoff und Helium steht. Aber dafür sind sie weiter verbreitet und billiger, was sie schon für Großakkus für Stromnetze interessant macht. Darüber hinaus haben sie eine Reihe weiterer Vorzüge.
Natrium-Ionen-Akkus beispielsweise können nicht nur ganz entladen werden. Doch sowohl die Natrium- wie Kalium-Ionen-Akkus versprechen deutlich schnellere Ladezeiten als Lithium-Ionen-Akkus, meint Komaba. Allerdings muss die Haltbarkeit noch deutlich verbessert werden. 20 Jahre seien nach Annahme Komabas wegen der hohen Investitionen perfekt.
Doch es gibt noch weitere Herausforderungen bezüglich der Energiedichte. Kalium-Ionen-Batterien weisen eine höhere Dichte als die Natrium-Ionen-Variante auf. In der jüngeren Vergangenheit konzentrieren sich immer Forscher auf diese Batterievariante, schreiben Zhang Wenchao, Liu Yajie und Guo Zaiping von der australischen University of Wollongong, im Magazin Advances Sciences.
Großartiger Kandidat
Allerdings stehen auch hier sechs Schwierigkeiten an, die auf ihre Lösung warten: geringes Diffusionsvermögen der Kalium-Ionen, Veränderungen der Größe der Elektroden beim Ionentausch, Nebenreaktionen im Elektrolyt, Wachstum von Dendriten, Überhitzung und die geringere maximale Energiedichte verglichen mit Lithium-Ionen-Batterien.
Wie lange die Entwicklung brauchen wird, kann Komaba von der Tokioter Universität noch nicht abschätzen. Aber er ist überzeugt, dass Kalium-Ionen-Batterien als ein "großartiger Kandidat für Energiespeicherung im großen Maßstab" aufkommen. Mit raschen Fortschritten rechnet er aber auch nicht.
Vor drei Jahren hatte Komaba bereits einen ersten Test seiner Natrium-Ionen-Batterie mit einem japanischen Unternehmen durchgeführt. Die Ergebnisse waren vielversprechend. Nun sollen längere Tests unter härteren Bedingungen folgen. Der Wissenschaftler hofft, dass die Systeme dann in zehn bis 20 Jahren marktreif für den Großeinsatz sind.
Lesen Sie zum Thema Akku-Entwicklung auch die Titelgeschichte der Juli-Ausgabe von Technology Review (im heise shop bestellbar). Einen Ausschnitt des Artikels lesen Sie hier:
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