Seite 2: Optimierte Vielfalt

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Nach oben keine Grenze

Mithilfe von Nanomaterialien wollen verschiedene Batteriehersteller die Speicherfähigkeit von Nickel-Metallhydrid-Systemen weiter erhöhen und vor allem verhindern, dass die Batterie wie bisher bei Umgebungstemperaturen über 50 Grad in die Knie geht. Doch die Nano-Materialien haben eine gute und eine schlechte Seite: Ihre große Oberfläche sorgt dafür, dass die Partikel schnell chemische Reaktionen eingehen. Wenn aber Verunreinigungen in dem Material sind, können "parasitäre Reaktionen" entstehen – die Lebensdauer nimmt ab.

Das Hauptproblem von Nickel-Metallhydrid-Akkus ist allerdings die vergleichsweise hohe Selbstentladung. Ein voll geladener Akku verliert jeden Tag einen Teil seiner Ladung, auch wenn er nur im Regal liegt – bei einem modernen NiMH-Akku etwa zehn Prozent in den ersten 48 Stunden, jeden Monat rund 30 Prozent. Fortschritte in der Materialforschung sorgen hier bereits für Besserung: Sanyo Components hat im Sommer 2006 einen "Eneloop" genannten Akku auf den europäischen Markt gebracht, der dank neuer Legierungen und optimiertem Elektrolyt nach einem Jahr noch 85 Prozent seiner Anfangskapazität bieten soll – die allerdings ist von vornherein um 20 Prozent geringer.

Viele Fachleute gehen deshalb davon aus, dass zumindest bei hohen Anforderungen die Lithium-Ionen-Batterien vorerst nicht zu schlagen sein werden. Zwar sind bei ihnen die Kosten mit rund 65 Cent pro Wattstunde erheblich höher, doch sie weisen auch die mit Abstand höchste Energiedichte unter den wiederaufladbaren ("sekundären") Systemen auf. Und damit geht es – möglicherweise langsamer, aber dennoch fast sicher – voran: Seit der Markteinführung von Lithium-Ionen-Batterien im Jahr 1991 hat sich ihre Energiedichte mehr als verdoppelt. Den künftigen Zuwachs schätzt Wilfried Taetow, Vice President General Affairs bei Sanyo Components, auf "durchschnittlich 10 bis 15 Prozent alle zwei bis drei Jahre". Nach oben hin sehe er "keine Grenze".

Auch Lithium-Batterien funktionieren wie galvanische Zellen – allerdings findet bei ihnen keine chemische Reaktion statt. Stattdessen werden in positiver (Anode) und negativer Elektrode (Kathode) Lithium-Ionen eingelagert, die beim Laden gewissermaßen von einer Elektrode zur anderen gepumpt werden. Die Energiedichte wird dabei hauptsächlich durch das Kathodenmaterial bestimmt – gängig ist zurzeit vor allem Kobaltoxid, das für Werte von bis zu 180 Wattstunden pro Kilogramm gut ist. Mit Lithiumnickelkobalt (LiNiCo) lassen sich sogar Energiedichten bis 240 Wh/kg erreichen.

Allerdings: Spätestens seit Sony im vergangenen Jahr nach Brandunfällen rund acht Millionen Laptop-Akkus austauschen musste, rücken auch Fragen der Sicherheit wieder ins Zentrum des Forschungsinteresses. Denn Lithiumkobaltoxid hat eine unangenehme Eigenschaft: Beim Überladen entsteht extrem reaktionsfähiges Kobaltoxid, das sich von selbst zersetzt. Bei diesem sogenannten "thermal runaway" entstehen Temperaturen über 500 Grad Celsius. Als Konsequenz daraus sei das Rennen um immer höhere Dichten bei Lithium-Ionen-Akkus erst einmal unterbrochen, sagt der auf Batterietechnik spezialisierte Berater Hans-Walter Praas: "Es gibt jetzt wieder Produkte, die nur eine Energiedichte von 170 Wh/kg haben, die können aber 800 Zyklen aushalten, und sie sind sicher."

"Was im letzten Sommer mit den Laptop-Akkus passiert ist, hat der schnellen Einführung der Technologie doch einen erheblichen Dämpfer versetzt", bestätigt Akku-Professor Sauer und bezieht sich damit vor allem auf sogenannte Plug-in-Hybridautos, die in größeren Batterien nicht nur etwa beim Bremsen im Auto selbst gewonnene Energie speichern, sondern auch Strom aus der Steckdose. Das reicht für den Stadtverkehr – für längere Strecken greifen sie auf Verbrennungsmotoren zurück, deren Treibstoffe immer noch unerreichte Energiedichten von um die 12000 Wh/kg haben.