Lithium-Ionen Akkus werden günstiger und besser

(04.11.2012)

Die Lithium-Ionen Akkuzellen werden immer besser und auch die Kosten werden durch vollautomatisierte Produktionstechniken sinken, so ist es nur eine Frage der Zeit, bis man auch für Elektroautos günstige Batterieeinheiten mit hohen Reichweiten erhält.

Auf der  „International Meeting on Lithium Batteries, IMLB 2012“ in Korea wurde über die Zukunft der Lithium-Ionen Akkuzellen gesprochen.

Das Resümee ist, dass die Produktionskosten für große Lithium-Ionen-Batterieeinheiten in den nächsten Jahren deutlich sinken werden, weil derzeit große Produktionslinien anlaufen. Auch lassen neue Techniken für den Aufbau der Elektroden einen Preis von ca. 250 €/kWh im Jahr realistisches erscheinen.

Heute kosten muss man bei Lithium-Ionen Akkuzellen mit einem Preis von 500 bis 700 €/kWh rechnen, dies liegt an den zumeist relativ kleinen Fertigungslinien für Hochvolt-Batterien und an dem relativ hohen Ausschuss, welcher im hohen zweistelligen Prozentbereich liegt.

Wenn nun die Automatisierung erhöht wird und der Ausschuss auf unter 10 oder sogar unter 5 Prozent sinken würde, so würden die Kosten der Batterien nochmals deutlich fallen. Aber auch hier ist irgendwann das Limit erreicht, deshalb arbeiten die Forscher bereits an der nächsten und übernächsten Generation der Batterien.

Was mit Batterien möglich ist, konnten die Teilnehmer auf Jeju vor Ort bewundern: Hier entsteht eine Testanlage im Wert von rund 220 Mio. Dollar, dies ist derzeit das größte Smart Grid-Projekt, das von der Erzeugung erneuerbarer Energie, deren Verteilung durch Smart Grids über Lastmanagement bis zur Elektromobilität alle Aspekte einer intelligenten Energieversorgung  abdecken soll.

Viele Unternehmen arbeiten mit Hochdruck an der Entwicklung neuer Elektrodenmaterialien für die Lithium-Ionen-Batterien. Als vielversprechend sehen die Forscher Elektroden auf Basis von Silizium oder anderen Metalllegierungen an. Die Kapazität der negativen Batterieelektrode kann durch Komposite mit Graphitpartikeln und Silizium oder weiteren Legierungen erhöht werden, so das die Kapazität der Zelle um 25 bis 40 Prozent gesteigert werden kann.

Auch die Entwicklung von neuen Elektrolyten stellt eine Möglichkeit dar, die Kapazität weiter zu steigern, indem neue Materialien auf der positiven Elektrode mit höherer Spannung eingesetzt werden können.

Im Bereich der Lithium-Ionen Akkuzellen könnte das Material Graphen für mehr Effizienz sorgen.

So hat Prof. Klaus Müllen, Direktor des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung, in einem Aufsatz im Spektrum der Wissenschaft (August 2012) erklärt, dass sich Metalloxidteilchen in eine Graphenhülle verpacken ließen, um sie zu stabilisieren. Denn die Metalloxide können deutlich mehr Lithium aufnehmen als die heute üblichen Graphitanoden. Jedoch sind sie mechanisch nicht stabil. Anoden mit Metalloxiden, die mit einer Graphenhülle versehen sind, zeigten dagegen über viele Lade-Entladezyklenn ein stabiles Verhalten.
Bisher ist es allerdings noch zu Aufwendig, mit Graphenhüllen zu arbeiten – bis sie in der Serienproduktion eingesetzt werden können, vergehen sicher noch viele Jahre.

Aber auch an Lithium-Schwefel- und Lithium-Luft-Batterien wird fleißig geforscht, derzeit befinden sich die Arbeiten an diesen Batterietypen immer noch im Grundlagenstudium. Bis zum ersten praktischen Einsatz dürfte es nach Einschätzung von Wolfgang Weydanz im Falle der Lithium-Schwefel-Batterien noch mindestens bis 2020 dauern, im Falle der Lithium-Luft-Batterien ließe sich dieses Ziel wohl kaum vor dem Jahr 2025 oder sogar 2030 erreichen.

Daher arbeiten die Forscher weiter an der Verbesserung der Lithium-Ionen Akkuzellen, wie wir sie heute kennen.

Eins ist sicher, die Preise für Batterieeinheiten werden sinken. McKinsey prognostiziert in einer kürzlich erschienenen Studie Kosten von rund 160 €/kWh im Jahr 2020 und 130 €/kWh in 2025.

Dann werden Elektroautos endlich zu einem bezahlbaren Preis Reichweiten von über 500 Kilometer haben…