Batterie-Riese will revolutionären Lithium-Luft-Akku voranbringen
Es vergeht kaum eine Woche, in der Forscher nicht einen Durchbruch oder Meilenstein bei der Entwicklung eines „Wunder-Akkus“ vermelden. Wenn aber der größte Hersteller von E-Auto-Batterien einer dieser Technologien sein Vertrauen ausspricht, hat das gleich eine ganz andere Gewichtung.
CATL wird sich demnach der Lithium-Luft-Batterie annehmen. Die wird nicht nur als Wunder-Akku, sondern sogar als „ultimativer Akku“ bezeichnet. Beim kürzlich stattgefundenen „Powering the Nation“-Forum hat CATL diese Technologie als zukünftiges Entwicklungsziel genannt, berichtet Carnewschina. Sie sei der Fokuspunkt des globalen Wettbewerbs für die nächste Generation der Akkus.
Hohe Energiedichte
Lithium-Luft-Akkus (auch Li-air oder LiO2 genannt) gelten als so vielversprechend, weil die Technologie theoretisch in der Lage ist, eine Energiedichte von 12.000 Wattstunden pro Kilogramm zu erreichen. Das ist schon sehr nahe am Brennwert von Benzin (13.000 Wh/kg).
Im Labor konnten bereits Lithium-Luft-Akkus mit einer Energiedichte von bis zu 1.200 Wh/kg geschaffen werden. Das übersteigt die prognostizierten Werte für serienreife Feststoffakkus weit (450 Wh/kg) und sogar erzielte Laborspitzenwerte (824 Wh/kg) für Festkörperbatterien. Zum Vergleich: Ein moderner Lithium-Ionen-Akku für Elektroautos hat eine Energiedichte von etwa 250 Wh/kg.
Welche Reichweite sich mit Lithium-Luft-Akkus bei E-Autos erzielen lässt, ist noch offen, da konkrete Pläne fehlen, wie sich die Batteriezellen in ein funktionales Akkupack einfügen lassen. Je nachdem, wen man fragt, reichen die Prognosen von „mindestens 800 km“ über „1.000 km werden zum Standard“ bis zu „die 2.000-km-Marke kann geknackt werden“.
So funktioniert ein Lithium-Luft-Akku
Normale Lithium-Ionen-Akkus nutzen als Material für die Kathode Metalle wie Kobalt, Nickel oder Mangan. Je nach Metall ändern sich Energiedichte, Lebensdauer und Kosten des Akkus. Beim Lithium-Luft-Akku wird eine poröse Kathode eingesetzt. Wird der Akku entladen, reagiert dort der Sauerstoff aus der Umgebungsluft und erzeugt Lithiumperoxid (Li2O2). Beim Laden des Akkus wird der Prozess umgekehrt: Die Lithium-Ionen kehren als metallisches Lithium zurück und Sauerstoff wird freigesetzt.
Durch den Verzicht auf die schweren Kathodenmaterialien wird der Akku leichter und damit die extrem hohe Energiedichte möglich. Außerdem wird die Komplexität der Zellen reduziert, wodurch eine günstigere Produktion möglich sein kann.
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Schwächen von Lithium-Luft-Batterien
Lithium-Luft-Akkus haben aus heutiger Sicht noch Probleme, die es zu überwinden gilt. Lithiumperoxid entsteht und zerfällt vergleichsweise langsam, was die Lade- und Entladegeschwindigkeit reduziert. Bei E-Autos würde das bedeuten: Länger an der Ladestation stehen und eine geringere, abrufbare Energiemenge, weshalb die E-Motoren nicht ihre volle Leistung ausspielen können.
Weiters gilt es, Herausforderungen bei der Langlebigkeit zu lösen. So können die Poren der Kathode verstopfen, was die Leistung des Akkus reduziert. Außerdem führt die hohe Spannung in den Zellen dazu, dass sich der Elektrolyt schneller zersetzt, was die Lebensdauer reduziert bzw. die maximale Ladeleistung nach mehreren Ladezyklen rasch sinken lässt.
Zwar arbeiten Forscher an der Lösung dieser Probleme, doch bis Lithium-Luft-Akkus serienreif sind, wird es noch etliche Jahre oder sogar Jahrzehnte dauern. Durch die Markt- und Finanzstärke von CATL könnte die Entwicklung jedenfalls beschleunigt werden. Doch auch CATL ist vorsichtig und spricht von der Erforschung dieser Technologie als ein langfristiges Ziel. Kurz- und mittelfristig sollen Natrium-Akkus verbessert und Feststoffakkus zur Serienproduktion gebracht werden.
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