Lithium-Ionen-Akkus sollen durch Silizium deutlich mehr Energie speichern

Das Elektroauto steht und fällt mit einer leistungsfähigen Batterie. Wie wird sich die Akkutechnik in den nächsten Jahren weiterentwickeln? Der Leiter der Daimler-Batteriezellenforscher Andreas Hintennach gibt Hinweise. Neben Grundlagen der aktuellen Lithium-Ionen-Zellen erklärt er, welche Zukunftstechnologien tatsächlich eine Chance haben.

Bei Lithium-Ionen-Zellen besteht die Kathode (der Positivpol) aus einem Gemisch aus Nickel, Mangan und Kobalt. Auf der Anodenseite kommen Graphitpulver, Lithium, Elektrolyten und ein Separator zum Einsatz. In Zukunft werde Silizium das Graphit weitgehend ersetzen, so Hintennach. Dadurch werde die Energiedichte um 20 bis 25 Prozent steigen - was wohl auch eine entsprechend höhere Reichweite bedeuten würde. Auch die Ladegeschwindigkeit werde sich dadurch weiter erhöhen.

Was Kobalt angeht, das wegen der Herstellung unter teils inhumanen Bedingungen in der Kritik steht, so hat Daimler bei den aktuellen Batteriezellen den Kobaltanteil im Aktivmaterial (Nickel, Mangan, Kobalt und Lithium) von etwa einem Drittel auf weniger als 20 Prozent reduziert, sagt Hintennach. Im Labor arbeite man schon mit weniger als zehn Prozent.

Auch könnte die altbekannte Alkalibatterie in Zukunft aufladbar werden, glaubt Hintennach. "Wir gehen davon aus, dass die Technologie in der zweiten Hälfte der 2020er Jahre marktreif sein wird", so der Experte.

Eine weitere Alternative sei die Lithium-Schwefel-Batterie. "Schwefel ist ein Abfallprodukt der Industrie, das fast nichts kostet, sehr rein ist und sich gut recyceln lässt. Es birgt große Herausforderungen in der Energiedichte, hat aber auch eine unschlagbare Ökobilanz. Bis diese Technologie für Pkw verfügbar ist, kann es aber noch Jahre dauern." Ein Problem ist hier auch noch die Lebensdauer. 

Um auch Lithium zu ersetzen, käme die Magnesium-Schwefel-Batterie in Frage. Magnesium komme in weit verbreiteten Mineralien vor. Hier forsche man allerdings im Moment noch auf dem Laborniveau.

Die so oft zitierte Feststoffbatterie wolle Daimler schon ab Mitte 2020 im eCitaro einsetzen, dem elektrisch angetriebenen Stadtbus von Mercedes. "Die Technologie hat eine sehr hohe Lebensdauer und enthält zudem weder Kobalt noch Nickel oder Mangan. Allerdings ist sie weniger energiedicht, daher relativ groß und zudem nicht schnell aufladbar. Deshalb lässt sie sich zwar für Nutzfahrzeuge gut einsetzen, nicht aber für Pkw." Im Pkw werde uns die Lithium-Ionen-Batterie noch einige Jahre begleiten, glaubt Hintennach.

Lithium-Luft-Batterien dagegen liegen noch in weiter Ferne, so Hintennach. Organische Batterien auf der Basis von Graphen, wie sie das Forschungsfahrzeug Vision AVTR nutzt, böten Vorteile bei der Energiedichte und der Schnellladefähigkeit. Sie sind aber momentan noch Gegenstand der Grundlagenforschung, so Hintennach.

Bildergalerie: Mercedes Vision AVTR Concept (2020)