Viel Potenzial, aber auch viel Entwicklungsbedarf

Bei Tests des neuen Kathodenmaterials in Laborzellen blieben nach 100 Ladezyklen noch 86 Prozent und 72 Prozent der Energiedichte des Kathodenmaterials übrig. Kathoden kommerzieller Akkus müssen hingegen mehrere Tausend Zyklen überstehen, bevor sie solche Verluste aufweisen. Neben den Laborzellen wurden auch gewichtsoptimierte Pouch-Zellen gefertigt, mit denen eine Energiedichte von 711 Wh/kg erreicht wurde.

Diese Zellen verloren jedoch bereits innerhalb von drei Ladezyklen 22 Prozent ihrer Kapazität, während weniger tief entladene Zellen zumindest in den ersten Ladezyklen stabil 600 Wh/kg lieferten. Wie weit genau die Technik von der kommerziellen Anwendbarkeit entfernt ist, lässt sich schwer beurteilen. Sie zeigt vor allem, wie viel Potenzial noch in der Verbesserung von herkömmlicher Technik der Lithium-Akkus steckt.

Dabei darf auch nicht vergessen werden, dass Forschung eine andere Disziplin als das Ingenieurwesen ist. Forschungslabore haben nicht die gleichen finanziellen und technischen Möglichkeiten, die industriellen Akkuherstellern zur Verfügung stehen, und insbesondere auch nicht das Personal und die Zeit für die langwierige Arbeit zur Optimierung der Zellen und ihrer Herstellung.

Weniger Rohstoffverbrauch, wenn alles klappt

Die Grundlage für die großen Sprünge in der Entwicklung der Energiedichte neuer Akkus wie von CATL in letzter Zeit ist die Umsetzung von Lithium-Metall-Anoden, die ohne Graphit zur Speicherung des Lithiums beim Laden der Akkus auskommen. Firmen wie CATL, Cuberg und SES erreichen dadurch Energiedichten zwischen 400 und 500 Wh/kg mit herkömmlichen Kathoden.

Es scheint also möglich, mit den neuen Kathoden eine weitere Steigerung von 20 bis 40 Prozent zu erreichen, nachdem diese Generation der Akkus in Produktion ist. Der niedrigere Anteil an Nickel und die höhere Energieausbeute des Materials lassen dabei auch niedrigere Rohstoffkosten und eine etwas bessere Umweltbilanz als bisher erwarten, zumindest wenn die Stabilität beim Laden und Entladen der Akkus noch verbessert wird.

Mit Kathoden aus Schwefel können theoretisch sogar noch deutlich höhere Energiedichten über 1.000 Wh/kg erreicht werden. Die Forschung steht aber noch immer vor einer Vielzahl ungelöster Probleme, bevor dieses Potenzial voll ausgenutzt werden kann.