Akkus: Braunkohle könnte die billigsten Anoden liefern

Die Erfahrung aus der Entwicklung der Lithium-Ionen-Akkus half den Forschern aber auch dabei, schnellere Fortschritte zu machen. Die Konzepte sind sich so ähnlich, dass Fabriken für Lithium-Ionen-Akkus relativ einfach auf Natrium-Ionen-Akkus umgestellt werden könnten. Ein großes Hindernis war die Anode, in der die Natrium-Ionen beim Laden des Akkus gespeichert werden. Versuche mit Graphit, etwa in Lithium-Ionen-Akkus, scheiterten. Natrium-Ionen sind etwas größer und passen nicht zwischen die Kohlenstoffschichten des Graphits. Graphen und Kohlenstoffnanoröhren waren besser, aber viel zu teuer.

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Letztlich folgte die Erkenntnis, dass der Kohlenstoff in verkohlter Biomasse in großen Teilen die passende Struktur für ein Anodenmaterial zur Speicherung der Natriumionen hat. Die Entwicklung wurde lange durch die Tatsache behindert, dass Natriumionen deutlich reaktiver sind als Lithium-Ionen. Selbst langlebige Natriumanoden wurden in einigen Experimentalaufbauten vorzeitig zerstört, wenn sie nur zusammen mit großen Mengen Natrium in einem Elektrolyt getestet wurden. Echte Kathoden liefern die Natrium-Ionen viel langsamer und in niedrigerer Konzentration. Viele Experimente dürften dadurch gescheitert sein, anders als bei der Entwicklung von Lithium-Ionen-Akkus, bei denen der Effekt viel kleiner ist.

In der Anode haben sich eine Vielzahl von Ausgangsstoffen wie etwa Holz, Maiskolben und Erdnussschalen bewährt, auch Kaffeesatz funktioniert. Braunkohle ist wohl der preislich attraktivste Ausgangsstoff. Chinesische Forscher fanden heraus, dass 2,5 kg Braunkohle genug Material für 1 kWh Speicherkapazität lieferten. Einige der besten Ergebnisse erzielten mit Schwefel gedopte verkohlte Frühlingszwiebelschalen.

Dabei zeigte erst vor wenigen Tagen eine neue Veröffentlichung, dass dieser Schwefelprozess auch bei anderen Materialien die Kapazität der Anoden um etwa 50 Prozent erhöht und dabei mehr Ladezyklen mit höherer Ladegeschwindigkeit ermöglicht, wahrscheinlich auch bei Braunkohle. Es gibt aber auch andere Ansätze, die ohne Biomasse auskommen, zum Beispiel eine Kombination aus Eisensulfid und Eisenoxid, die in einem elektrochemischen Prozess mit Kohlenstoff überzogen wird.

Kathoden ohne seltene Metalle

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Inzwischen konzentriert sich die Entwicklung hauptsächlich auf die Suche nach besseren Kathodenmaterialien, deren Kapazität im Vergleich zu den Anoden nun deutlich zurückliegt. Auf seltene Rohstoffe wird dabei oft verzichtet, um über den Preis mit Lithium-Ionen-Akkus höherer Energiedichte konkurrieren zu können. Je nach Anwendungszweck konzentriert sich die Weiterentwicklung nun darauf, die Energiedichte zu verbessern, mehr und schnellere Ladezyklen zu ermöglichen oder ohne Rücksicht auf ein höheres Gewicht die Kosten noch weiter zu reduzieren.

Die günstigsten Lithium-Ionen-Akkus können inzwischen für rund 100 Euro pro Kilowattstunde produziert werden. Dabei haben sich die Kosten zuletzt alle drei Jahre halbiert, hauptsächlich durch größere und rationalere Produktion. Dieser Trend kann aber nicht weitergehen, denn die Kosten der Rohstoffe machen einen immer größeren Teil der Gesamtkosten aus. Durch den Verzicht auf Lithium und Kobalt und die Reduktion anderer teurer Materialien erscheinen nun langfristig noch niedrigere Produktionskosten realistisch.

Voraussetzung dafür sind aber zunächst entsprechend große Fabriken, die durch Automatisierung und Skaleneffekte die Herstellungskosten reduzieren. Außerdem müssen die neuen Produktionsprozesse optimiert werden. Die große Ähnlichkeit zwischen Lithium- und Natrium-Ionen-Akkus sollte sogar eine relativ einfache Umstellung der Produktion von einem Akkutyp zum anderen erlauben, wenn auch nicht bei der Erzeugung der Kathoden- und Anodenmaterialien.

Natrium-Ionen-Akkus wurden nicht nur wegen der niedrigeren Rohstoffpreise entwickelt. Es geht vor allem um mehr Akkus.

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 Natrium-Ionen-Akkus: Ausnahmsweise ein echter Durchbruch in der AkkutechnikDas Ende der Rohstoffknappheit bei Akkus steht bevor 
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Clown 17. Jul 2020

Scherzkeks! :D Es war ja gerade die Frage, _wie_ ÖPNV günstiger oder gar kostenfrei...

adjust-IT 04. Jul 2020

"Personen..." - IMHO klingt das eigenartig, speziell wenn man in Zukunft häufiger mit...

jsonn 23. Jun 2020

In den meisten Fällen werden im Laufe der Zeit Anode und Kathode porös und das Elektrolyt...

jsonn 23. Jun 2020

Oft genug landen die Ergebnisse der Forschung halt auch einfach in der Serienproduktion...

sunrunner 23. Jun 2020

Dem stimme ich voll zu. Ja, Benziner Brennen öfter (liegt statistisch wohl auch daran...



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