Neue Akkutechnologien bis ins hohe Alter

Als 1991 der erste Lithium-Ionen-Akku auf den Markt kam, war John Goodenough 69 Jahre alt. Schon 1988 brachte die kanadische Firma Moli Energy einen Lithium-Akku mit einer Anode aus Lithiummetall für Handys und Laptops auf den Markt. Die Metallanoden verursachten aber so viele Kurzschlüsse und Brände, dass die Akkus nach weniger als einem Jahr zurückgerufen wurden. Sony fügte das Wort Ionen zum Namen der Akkutechnik hinzu, um sich von den Akkus von Moli Energy abzugrenzen. An der Kommerzialisierung sicherer Akkus mit Lithiummetall-Anode wird bis heute gearbeitet.

Trotz seines Alters setzte Goodenough seit 1986 zusammen mit einer Forschungsgruppe die Arbeit an der Universität Texas fort. Nach Lithium-Kobaltoxid folgte die Entwicklung von Manganoxid als Kathode, das inzwischen zur Einsparung von Nickel und Kobalt wieder auf mehr Interesse stößt, nachdem es in den Akkus der ersten Generation des Nissan Leaf zu schnellem Verlust von Akkukapazität bei hohen Temperaturen führte und entsprechend unbeliebt wurde.

1997 entwickelte Goodenoughs Gruppe Lithium-Eisenphosphat zur funktionierenden Kathode weiter, die in China bereits den größten Teil der Produktion an Lithium-Ionen-Akkus ausmacht und auch in Europa und den USA immer größere Verbreitung in Elektroautos findet. Die möglicherweise wichtigste Entwicklung für die nächsten Jahre veröffentlichte die Forschungsgruppe im Jahr 2011, mit der Verwendung von Preußisch Blau als Kathodenmaterial für Natrium-Ionen-Akkus.

Fachgrenzen behindern technischen Fortschritt

Preußisch Blau ist keine Keramik und lässt sich mit chemischen Reaktionen bei Zimmertemperatur herstellen. Das Material zeigte von Anfang an große Stabilität beim Laden und Entladen von Akkus und wird aktuell von CATL, dem größten Akkuhersteller der Welt, als Kathode für dessen erste Generation von Natrium-Ionen-Akkus verwendet. Es stellt einen kostengünstigen Ausweg aus der Knappheit von Lithium dar, die hauptsächlich durch den großen Erfolg der Lithium-Eisenphosphat-Akkus verursacht wurde.

Der Rückblick auf das 100-jährige Leben von John Goodenough, der auch Beiträge zu Brennstoffzellen, Elektrolyten und anderen Technologien lieferte, hält einige Lehren für die Gegenwart und Zukunft bereit. Dazu gehört, wie wichtig ein solider Hintergrund in der scheinbar rein akademischen Grundlagenforschung für die Entwicklung von Anwendungen ist. Und wie wichtig es ist, dass Wissenschaftler sich auch aus der Grundlagenforschung heraus in die Entwicklung von Anwendungen begeben konnten, ohne dabei akademisches Ansehen zu verlieren.

Das Gleiche gilt für die interdisziplinäre Kooperation von Festkörperphysik, Chemie und Ingenieurswissenschaft, ohne die es keine erfolgreiche Entwicklung des Lithium-Ionen-Akkus gegeben hätte. Nicht zuletzt zeigt sich, wie wichtig der Beitrag großer Unternehmen wie Ford oder Exxon Mobile in der Entwicklung der Grundlagen der praktischen Elektromobilität war und wie sehr die einst vorhandene Grundlagenarbeit dieser Unternehmen in der heutigen Welt fehlt.