Abo
  • Services:
Anzeige
Moderne Technik ist von Akkus abhängig, aber wo bleibt der große Durchbruch?
Moderne Technik ist von Akkus abhängig, aber wo bleibt der große Durchbruch? (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Lithium-Akkus: Durchbruch verzweifelt gesucht

Moderne Technik ist von Akkus abhängig, aber wo bleibt der große Durchbruch?
Moderne Technik ist von Akkus abhängig, aber wo bleibt der große Durchbruch? (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Dreimal so viel Strom im Akku, wer hätte das nicht gerne! Durchbrüche in der Akkutechnik werden immer wieder angekündigt. Aber wo bleibt der Superakku?
Von Frank Wunderlich-Pfeiffer

Wer einen Akku mit großer Kapazität haben will, kommt um Lithium-Ionen-Akkus nicht herum. Keine andere Technologie bietet derzeit so viel Kapazität. In den vergangenen zwei Jahrzehnten gab es erhebliche Fortschritte, obwohl sich am grundlegenden Prinzip des Lithium-Akkus nicht viel geändert hat: Die Kapazität von Lithium-Zellen in der Standardgröße 18650 wuchs von knapp 1.000 Milliamperestunden im Jahr 1992 auf derzeit etwa 3.500 Milliamperestunden. Aber wo bleibt der große Durchbruch in der Akkutechnik?

Anzeige

Angekündigt wurde er schon oft, in der Praxis gibt es jedoch statt revolutionärer Vervielfachungen der Speicherkapazität bisher fast nur Verbesserungen im Detail. Mit besseren Elektrolyten, Membranen und Beschichtungen zum Schutz der Elektroden kann das Potenzial der Elektroden immer besser ausgenutzt werden. In den Labors wird längst an völlig neuen Ansätzen gearbeitet, die tatsächlich ein Vielfaches der Kapazität bringen könnten - doch der Weg aus den Labors in die Läden ist lang.

Sind Lithium-Akkus gut genug?

Der Lithium-Ionen-Akku war selbst einmal der große Durchbruch in der Akkutechnik und die größte Erfolgsgeschichte der vergangenen Jahrzehnte. Er wurde von einer Forschergruppe um John B. Goodenough und Koichi Mizushima erfunden. Ihnen gelang es 1980 erstmals,, einen funktionierenden Lithium-Akku zu bauen, nachdem das Konzept schon in den 70er Jahren untersucht worden war. In der Theorie sollten die Lithium-Ionen-Akkus Kapazitäten von mehr als einer Kilowattstunde pro Kilogramm erreichen können.

In der Praxis erreichen sie zwar nur einen Bruchteil der theoretischen Werte, aber sie sind schon deutlich besser als Nickel-Cadmium und Nickel-Metallhydrid-Akkus. In der Theorie könnten Lithium-Ionen-Akkus noch viel besser werden. Und jedes Mal, wenn eine Forschergruppe glaubt, dieses Potenzial ausschöpfen zu können, keimt die Hoffnung auf den großen Durchbruch und einen Akku mit einem Vielfachen der heutigen Kapazitäten. Dass der nicht so leicht zu erreichen ist, liegt in der Funktionsweise des Akkus begründet.

Lithium-Anoden - das unerreichte Nonplusultra

In einem Lithium-Ionen-Akku werden Lithium-Ionen beim Laden durch den Elektrolyten von der Kathode zur Anode gebracht und dort angelagert. Beim Entladen gibt die Anode die Ionen wieder frei und sie lagern sich wieder an der Kathode an. Ein gutes Material für die Kathode ist Lithium-Kobalt-Oxid. Schon bei dem Akku von 1980 bestand die Kathode aus diesem Material, das auch heute noch weit verbreitet ist. Aber die Anode bereitete Probleme. Sie bestand zunächst aus reinem Lithium-Metall.

Der Akku mit einer Anode aus Lithium-Metall hat eine theoretische Kapazität von 1,1 Kilowattstunden pro Kilogramm. Aber die Lithium-Anode funktionierte nicht dauerhaft. Beim Laden des Akkus lagern sich Lithium-Ionen an der Anode ab und bilden Metall. Leider tun sie das nicht gleichmäßig, sondern bilden Dendriten, verästelte Fortsätze aus Lithium, was zu großen Problemen führt. Die praktische Anwendbarkeit so einer Anode bezweifelten die Forscher deshalb schon in ihrer ersten Veröffentlichung im Jahr 1980.

Durch die Dendriten wird der Lade- und Entladeprozess ineffizient. Ein Teil der Energie geht verloren, was an sich schon schlecht ist. Das unkontrollierte Wachsen und Schrumpfen des Metalls zerstört zudem im Lauf der Zeit die Anode und kann zu Kurzschlüssen im Akku führen. Auch nach über 40 Jahren Forschung ist das Problem noch nicht vollständig gelöst, auch wenn die aktuelle Forschungsarbeit bedeutende Fortschritte zeigt. Der Ausweg beim modernen Lithium-Akku war eine Anode, die das Lithium im Inneren speichert und das Lithium nicht als Metall ablagert.

Graphitanoden: seit 26 Jahren ein Kompromiss 

eye home zur Startseite
Elgareth 28. Mär 2017

HALLELUJA!

Themenstart

kaymvoit 27. Mär 2017

Ich bin mir nicht sicher, ob ich in Lithiumtechnik eine höhere Energiedichte will. Die...

Themenstart

GPUPower 25. Mär 2017

Ich würde mein Handy schon gerne ca. 7 Tage benutzen ohne es aufladen zu müssen. Ich...

Themenstart

Koto 19. Mär 2017

Ich sehe das weniger. Aktuell muss man ja Autos überwachen. Und wer würde zusehen wie ein...

Themenstart

Koto 19. Mär 2017

Na ja aber es ist schon so. Wenn dann die meisten diese Technologie gar nicht mehr...

Themenstart

Kommentieren



Anzeige

Stellenmarkt
  1. Stadt Ludwigsburg, Ludwigsburg
  2. thyssenkrupp Industrial Solutions AG, Essen
  3. MBtech Group GmbH & Co. KGaA, verschiedene Standorte
  4. über Ratbacher GmbH, Raum Wuppertal


Anzeige
Hardware-Angebote
  1. und DOOM gratis erhalten
  2. 119,00€

Folgen Sie uns
       


  1. Cloud Native Con

    Kubernetes 1.6 versteckt Container-Dienste

  2. Blizzard

    Heroes of the Storm 2.0 bekommt Besuch aus Diablo

  3. APT29

    Staatshacker nutzen Tors Domain-Fronting

  4. Stellenanzeige

    Netflix' führt ausgefeilten Kampf gegen Raubkopien

  5. Xbox One

    Neue Firmware mit Beam und Erfolgsmonitoring

  6. Samsung

    Neue Gear 360 kann in 4K filmen

  7. DeX im Hands On

    Samsung bringt eigene Desktop-Umgebung für Smartphones

  8. Galaxy S8 und S8+ im Kurztest

    Samsung setzt auf lang gezogenes Display und Bixby

  9. Erazer-Serie

    Medion bringt mehrere Komplett-PCs mit AMDs Ryzen heraus

  10. DJI

    Drohnen sollen ihre Position und ihre ID funken



Haben wir etwas übersehen?

E-Mail an news@golem.de


Anzeige
NZXT: Lüfter auch unter Linux steuern
NZXT
Lüfter auch unter Linux steuern
  1. Creoqode 2048 Tragbare Spielekonsole zum Basteln erhältlich
  2. FluoWiFi Arduino-kompatibles Board bietet WLAN und Bluetooth
  3. Me Arm Pi Roboterarm zum Selberbauen

Forensik Challenge: Lust auf eine Cyber-Stelle beim BND? Golem.de hilft!
Forensik Challenge
Lust auf eine Cyber-Stelle beim BND? Golem.de hilft!
  1. Reporter ohne Grenzen Verfassungsklage gegen BND-Überwachung eingereicht
  2. Selektorenaffäre BND soll ausländische Journalisten ausspioniert haben
  3. Ex-Verfassungsgerichtspräsident Papier Die Politik stellt sich beim BND-Gesetz taub

Betrugsnetzwerk: Kinox.to-Nutzern Abofallen andrehen
Betrugsnetzwerk
Kinox.to-Nutzern Abofallen andrehen

  1. Re: Ich warte mal ab, ...

    Topf | 20:48

  2. Re: Wie "sicher" wird der Fingerabdruck gespeichert?

    laserbeamer | 20:46

  3. Das müssen ja richtig tolle Hacker sein

    DerSkeptiker | 20:46

  4. Re: Seit wann bescheinigt ein Zertifikat...

    pankraf | 20:44

  5. Re: Geschwindigkeiten zu niedrig

    bombinho | 20:43


  1. 18:40

  2. 18:19

  3. 18:01

  4. 17:43

  5. 17:25

  6. 17:00

  7. 17:00

  8. 17:00


  1. Themen
  2. A
  3. B
  4. C
  5. D
  6. E
  7. F
  8. G
  9. H
  10. I
  11. J
  12. K
  13. L
  14. M
  15. N
  16. O
  17. P
  18. Q
  19. R
  20. S
  21. T
  22. U
  23. V
  24. W
  25. X
  26. Y
  27. Z
  28. #
 
    •  / 
    Zum Artikel