Lithium-Ionen-Batterien sind bereits seit mehreren Jahren in vielen Bereichen der Standard für die Speicherung von Energie. Doch neue Batterietechnologien wie Natriumbatterien und Festkörperbatterien könnten diese schon bald ablösen.
Diese modernen und teils effizienteren Batterien verfügen über eine längere Lebensdauer und deutlich schnellere Ladezeiten. Dadurch ergeben sich viele Verbesserungen und auch neue Möglichkeiten der Anwendung.
Viele dieser neuen Elektro-Batterien befinden sich noch in der Entwicklung oder Forschung. Dazu gehören insbesondere Natriumionenbatterien und Festkörperbatterien. Daneben gibt es auch Forschung an neuen Batterietechnologien, welche auf modernen Materialien wie Graphen oder Fulleren basieren. Und auch an der zukünftigen, besseren Nutzung von Wasserstoffbatterien wird geforscht.
Und schließlich bieten auch Lithiumionen Batterien selber noch viele Möglichkeiten, wie diese verbessert werden können. So gibt es bereits zahlreiche Innovationen, um die Leistung und Kapazität der Batterien zu erhöhen, die Ladezeiten zu verringern und die Produktion kostengünstiger und ressourcensparender zu machen. Hier sind auch bessere Möglichkeiten zum Recycling der Batterien sehr wichtig.
In diesem Artikel geben wir einen Überblick zum aktuellen Stand der neuen Batterietechnologien. Dabei gehen wir auf die wichtigsten Technologien ein, die in den verschiedenen Bereichen der Energienutzung wichtig werden könnten.
Inhaltsverzeichnis (mit Links zu den Kapiteln)
Überblick: Aktuelle und neue Batterietechnologien
Welches sind die wichtigsten Batterietechnologien, an denen zurzeit geforscht wird? Was sind die Vorteile und Nachteile der jeweiligen Technologie? Und in welchen Bereichen könnten die verschiedenen Technologien zum Einsatz kommen?
Hier zuerst die wichtigsten aktuellen und neuen Batterietechnologien im Überblick:
- Lithium-Ionen-Batterien
- Lithium-Eisenphosphat-Batterien
- Natriumionen-Batterien
- Festkörperbatterien
- Zinkbatterien
- Lithium Schwefel Batterien
- Eisen-Luft Batterien
Auf einige dieser Technologien gehen wir im Folgenden genauer ein. Zunächst wollen wir aber die Frage beantworten, warum die Erforschung und Entwicklung neuer Batterietechnologien wichtig ist, und warum wir effizientere, leistungsstärkere und günstigere Batterien brauchen.
Warum sind neue Batterietechnologien wichtig?
Im Zuge der Energiewende werden in den Bereichen Industrie, Transport, Wärme- und Stromerzeugung fossile Brennstoffe durch erneuerbare Energien ersetzt. Hierfür sind neue Möglichkeiten für die effiziente Energiespeicherung und einen möglichst verlustfreien Energietransport von entscheidender Bedeutung. Insbesondere grüner Wasserstoff soll hier in der nahen Zukunft eine zentrale Rolle spielen.
Doch auch andere Batterietechnologien können in der Zukunft wichtig sein. Die Speicherung und der Transport von Energie ist für viele Anwendungen in den Bereichen Wirtschaft, Industrie, Handel und Verkehr, Arbeit und Freizeit sehr wichtig. Diese Bereiche haben zum Teil sehr unterschiedliche Anforderungen an die Eigenschaften von Batterien. Deshalb ist es wahrscheinlich, dass zukünftig nicht nur eine der neuen Technologien als Batterie genutzt wird.
Bereiche, für die effiziente und kostengünstige Batterietechnologien in den nächsten Jahren eine große Rolle spielen, sind vor allem Transport und Verkehr. Autos, Motorräder und Busse werden bereits immer mehr durch leistungsfähige Elektrobatterien betrieben, LKW und auch Flugzeuge könnten schon in den nächsten Jahren folgen.
Lithiumionen Batterien
Lithiumionen Batterien haben sich in den letzten Jahrzehnten als Standard etabliert. In vielen Bereichen des modernen Lebens sind sie aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Als effizienter und mobiler Energiespeicher dominieren sie den Markt, vor allem bei den Elektrogeräten.
Laptops, Smartphones, Tabletts, etc. funktionieren durch Lithium-Ionen-Batterien mit immer längeren Laufzeiten. Auch werden die Batterien immer kompakter und leistungsstärker und ermöglichen so neue Anwendungsbereiche, wie zum Beispiel in Fahrzeugen. So ist die Verwendung von Lithiumionenbatterien für Elektroautos, Elektrofahrrädern und Elektrobussen in den letzten Jahren stark angestiegen.
Doch die Nutzung von Lithium-Ionen-Batterien in den Bereichen Transport und Verkehr zeigt auch die Schwachstellen dieser Technologie auf. So ist für einige Anwendungen die Ladedauer viel zu hoch. Ein Transport mit LKWs, deren Batterien stundenlang aufgeladen werden müssen, ist für viele Güter nicht sinnvoll.
Ein weiteres Problem sind die hohen Herstellungskosten, welche in den kommenden Jahren weiter ansteigen könnten. Zum einen nimmt die Produktion von Elektro-Batterien und damit die Nachfrage nach den dafür benötigten Rohstoffen (vor allem Lithium und Kobalt) immer weiter zu.
Gleichzeitig werden diese wichtigen Ressourcen zunehmend knapp und auch dadurch wiederum teurer: Der Preis für eine Tonne Lithium ist in den letzten Jahren um mehr als 500 Prozent angestiegen, von 6.500 Dollar im Jahr 2015 auf 8.400 im Januar 2020 und dann auf 37.000 Dollar im Januar 2022.
Die Energiewende, die Umstellung von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien, ist für fast alle Länder der Welt eines der wichtigsten Projekte in den nächsten Jahren. Lithiumionenakkus sind hierfür ein wichtiger mobiler Energiespeicher. Steigende Rohstoffpreise könnten die Energiewende deshalb sehr viel teuer gestalten. Es ist also auch wirtschaftlich sinnvoll, an der Entwicklung von Alternativen zu forschen.
Die Entwicklung von neuen Batterietechnologien wie vor allem Natriumionen-Batterien und Festkörperbatterien wird deshalb seit einigen Jahren mit großen Anstrengungen betrieben.
Gleichzeitig wird auch an der Verbesserung der Lithiumionen-Technologie geforscht. Dabei hat es gerade in den letzten Jahren deutliche Fortschritte gegeben. Für viele Bereiche könnten deshalb Lithiumionenakkus auch in Zukunft die optimale Wahl sein.
Doch welche Alternativen gibt es? Welches sind die neuen Batterietechnologien, die in Zukunft eine Konkurrenz für Lithium-Ionen-Batterien darstellen könnten? Hierauf gehen wir in den nächsten Kapiteln genauer ein.
Quellen
https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator
https://de.wikipedia.org/wiki/Natrium-Ionen-Akkumulator
https://de.wikipedia.org/wiki/Festk%C3%B6rperakkumulator
https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator