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Das beste Anodenmaterial ist kein Anodenmaterial

Die leichtest mögliche Anode ist eine, die das Lithium als Metall speichert, ganz ohne irgendein Trägermaterial wie Graphit oder Silizium. Theoretisch ist das die beste Lösung und auch praktisch funktioniert die Technik schon, weshalb sie beim Prototyp des Lithium-Schwefel-Akkus auch verwendet wurde. Aber die Technik ist noch zu schwer und unausgereift, um wirklich Gewicht einzusparen. Denn sie benötigt einen dicken und schweren Separator aus Glasfasern, der mit Graphit überzogen ist, und außerdem einen großen Überschuss an Lithium, damit sich die Lithium-Anode beim Ladevorgang nicht vollständig auflöst.

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Sollten die leichteren Anoden einmal besser funktionieren, könnten sie auch herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus zu etwa der doppelten Kapazität verhelfen, ganz ohne Schwefelkathoden und deren hohen Lithium-Verbrauch. Mit denen gibt es ohnehin noch ein anderes Problem: Das neue Bindemittel macht die Schwefelkathode nur mechanisch stabil. Chemisch löst sich mit jedem Ladezyklus ein Teil der Kathode in Form von Lithium-Polysulfiden auf und zersetzt dabei das Elektrolyt im Akku. Der Prozess ist nur teilweise umkehrbar und so geht dem Akku irgendwann entweder die Kathode oder das Elektrolyt aus.

Eine mögliche Lösung dafür wären feste Elektrolyten. Dann würden sich die Polysulfide nicht von der Kathode entfernen und der Prozess wird umkehrbar. Außerdem würde so ein Elektrolyt auch die Feuergefahr der Akkus senken. Wenn Lithium-Ionen sich nun aber durch einen Feststoff hindurch bewegen müssen und nicht durch eine Flüssigkeit oder ein Gel, ist das mit großem elektrischen Widerstand verbunden. Schon bei Zimmertemperatur ist die Leitfähigkeit der festen Elektrolyten stark eingeschränkt. Die meisten Akkus dieser Bauart werden im Labor bei Temperaturen über 60 Grad demonstriert, wärmer ist besser. Verbesserungen sind hier aber nicht ausgeschlossen.

Lithium-Schwefel-Akkus sind nichts für große Technik

Für Spezialanwendungen mit maximaler Speicherdichte wie Kameradrohnen, Handys oder Laptops wären Lithium-Schwefel-Akkus sehr attraktiv, wenn sie einmal funktionieren. Eine komplette Umstellung auf Lithium-Schwefel-Akkus würde die globale Lithium-Versorgung nur unnötig belasten - und die ist für die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus generell eine große Herausforderung. Die Forschung am Lithium-Schwefel-Akku lohnt sich dennoch, denn von den meisten Lösungen für die Probleme der Lithium-Schwefel-Akkus könnten auch andere Lithium-Akkus profitieren.

Über die Hälfte des Lithiums wird heute in großen Tagebauen aus lithiumhaltigem Gestein in Australien gewonnen. Der Stoff ist so selten, dass etwa eine Tonne Gestein verarbeitet werden muss, um ein Kilogramm Lithium zu gewinnen. Im Jahr 2020 ist weltweit eine Produktion in der Größenordnung von 100.000 Tonnen Lithium zu erwarten. Die Hälfte davon geht in die Akku-Produktion. Die zwangzigfache Produktion, genug für etwa 40 kWh pro weltweit hergestelltem Fahrzeug, ginge mit dem Abbau von über zwei Milliarden Tonnen Gestein pro Jahr einher. Das entspricht etwa einem Würfel von einem Kilometer Kantenlänge. Das wäre genug, um bei heutiger Technik geschätzt 8.000 GWh an Lithium-Ionen-Akkus herzustellen - wahrscheinlich genug für die weltweite Fahrzeugproduktion.

Dieser Produktionsbedarf könnte langfristig durch Recycling gesenkt werden. Aber zurzeit sind zu wenige Lithium-Ionen-Akkus im Umlauf, als dass Recycling einen nennenswerten Beitrag zur notwendigen Vervielfachung der Lithium-Versorgung leisten könnte. Der Abbau der notwendigen Lithium-Mengen, um überhaupt genug Lithium im Umlauf zu haben, wäre durchaus möglich. Er ist aber wegen der Umweltschäden, wegen des Aufwandes und der Kosten nicht unbedingt wünschenswert. Deshalb wird an Akkus mit ausreichender Leistung ohne seltene Rohstoffe gearbeitet.

Dabei ist Natrium eine mögliche Alternative zu Lithium.

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 Schwefel im AkkuNatrium kann Lithium ersetzen 
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Aki-San 19. Feb 2020

Kann mich dem nur anschließen. Sehr angenehm zu lesender Artikel, wie zu erwarten gewesen...

MrAndersenson 19. Feb 2020

https://de.wikipedia.org/wiki/Metalle_der_Seltenen_Erden#Verwendung https://de.wikipedia...

Frank... 19. Feb 2020

In der Entwicklung ist es ziemlich egal, wie exotisch ein Material ist. Kein Labor dieser...

Ely 18. Feb 2020

Ich habe zwar legale Schießeisen (uralte Büchse und uralter Revolver, alles registriert...

chefin 18. Feb 2020

Naja...Grundlegend transportieren Ionen den Strom, umgangssprachlich gesagt. Ionen sind...


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