Gibt es den Super-Akku???

Ich bin gebeten worden, etwas über die Entwicklung von Akkus zu schreiben. Eines gleich vorweg, es ist extrem spannend, was sich hier tut.

Zunächst zur Erklärung, das Wort Batterien ist ein Überbegriff uns steht für aufladbare und nicht aufladbare elektrochemische Speicher. Unter Akkus versteht man die aufladbaren Batterien.

Akkus für E-Autos oder Heimspeicher werden für folgende Eigenschaften entwickelt: Energiedichte je Gewicht (kg) und Liter / Lebensdauer (Zyklen) / Schnellladefähigkeit / Preis je kWh / Sicherheit (brennbar) / kritische Rohstoffe / Kälteempfindlichkeit etc.

Die wichtigsten Akkutypen bei E-Autos und Heimspeicher sind: – Lithium – Ionen Akkus (NMC steht für Nickel, Mangan und Kobalt) – Lithium – Eisenphosphat (LFP) – Natrium -Ionen Akkus – Festkörper – Akkus – und noch etliche weitere Entwicklungen

Ein Akku hat einen Pluspol (Kathode) und einen Minuspol (Anode). Bei der Beladung fließen die Ionen zunächst zur Anode und bei der Entladung von der Anode zur Kathode über den Umweg des Verbrauchers. Bei den einzelnen Eigenschaften kommt es zunächst auf die chemische Zusammensetzung der Kathode an. Bei einem klassischen E-Auto mit einer Lithium-Ionen – Akku ist die Zusammensetzung 8-1-1, also 8 Teile Nickel und je ein Teil Mangan und Kobalt. Die Anode besteht aus Graphit. Ändert man die Zusammensetzung verändern sich die Eigenschaften. Ein Handy – Akku hat z.B. bis zu 90 % Kobalt, dadurch ist die Energiedichte größer, aber die Lebensdauer sinkt und ist wegen dem Kobalt teurer. Kobalt ist ein kritischer Rohstoff, Nickel und Lithium sind teuer. Aber auch das in der Anode verwendete Graphit ist kritisch, weil es fast nur aus China kommt.

Deshalb ist jetzt der Lithium-Eisenphosphat – Akku (LFP) im Kommen. Der Vorteil, er ist ca. 20 % günstiger, kein Kobalt und nicht so leicht brennbar (obwohl nach Studien, Verbrenner-Autos 25-mal öfters brennen als E-Autos). Der Nachteil, die Energiedichte ist geringer und ist kälteempfindlicher. Bei einem fertigen Akku macht das Speichermaterial 25 bis 30 % des Gewichts des Akkus aus. Wenn jetzt der LFP – Akku sicherer ist, kann man bei der Ummantelung sparen. Damit kann man die Energiedichte wieder ausgleichen. Die meisten chinesischen E-Autos verwenden LFP – Akkus, ebenso Tesla in 2/3 seiner Autos oder auch Citroen im neunen e-C3, der für 23.300 € erhältlich ist und eine Reichweite von 300 km hat. Deutsche Hersteller setzen immer noch auf die klassische NMC – Akku. Bei den Heimspeichern ist auch der LFP – Akku führend.

Um noch den kritischen und teuren Rohstoff Lithium zu ersetzen, kommen in den nächsten Jahren die Natrium-Ionen Akkus auf dem Markt. Deren Nachteil ist die Energiedichte vor allem je Volumen (je Liter), denn die Natrium-Ionen sich größer als die Lithium-Ionen. Brauchen also in der Akku-Zelle mehr Platz. Dafür kommen sie ohne kritische Rohstoffe aus, sind günstiger, sicherer und sollen auch nicht so kälteempfindlicher sein. In China wurde jetzt so ein 10 MW Großspeicher in Betrieb genommen. Auch erste chinesische E-Autos fahren damit. Man muss die Lebensdauer noch abwarten, deshalb wird noch einige Zeit vergehen, bis der Akku in großem Still kommen wird. Die Entwicklung geht voran, auch europäische Firmen sind dran.

Festkörper Akkus sind noch weiter von der Massenproduktion entfernt. Sie sollen folgende Eigenschaften mitbringen: höhere Energiedichte, nicht brennbar, sehr Schnellladefähig und günstig. Diese haben statt flüssigen Elektrolyten, Feste. Deshalb müssen sie erwärmt werden.

Es wird auch an allen möglichen Mischungen geforscht und auch mit ganz neuen Stoffen wie Lithium-Schwefel, Nickel-Cadmium, Zink-Ionen etc. Es läuft daraus hinaus, dass es mehrere Akkutypen geben wird und Jeder hat seine Individuellen Vor- oder Nachteile.

Zum Schluss noch einige Zahlen: Die Preise der Akkus je Speichereinheit (kWh) sind durch Effiziens Steigerung und effizientere Produktion im Fallen. Jährlich um ca. 10 %. Ein Vergleich, die Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland haben eine Kapazität von 37 GWh. Die in den derzeit deutschen Autos verbauten Akkus haben eine Kapazität von 100 GWh. 25 bis 30 Millionen E-Autos habend die Speicherkapazität des Stromverbrauchs für Deutschland eines ganzen Tages. In Deutschland gibt es derzeit 48 Millionen Autos. Man rechnet in Zukunft mit Speicherkosten von unter 5 Cent/kWh. 4 Cent Solarstrom + 4 Cent Speicher, dann kommt man im Sommer auf 8 Cent Stromproduktionskosten eines Tages (24 Stunden). Das sind hervorragende Aussichten.