In der sich schnell bewegenden Welt der Technologie spielt die Weiterentwicklung von Batterien eine entscheidende Rolle, um die Anforderungen an nachhaltige und effiziente Energielösungen zu erfüllen. Insbesondere im Bereich der Elektrofahrzeuge (EVs) und erneuerbaren Energien gewinnen neue Batterietechnologien immer mehr an Bedeutung.
Dieser Artikel beleuchtet einige der aufregendsten Fortschritte in der Batterietechnologie, die das Potenzial haben, unsere Zukunft zu verändern.
Solid-State- oder Festkörperbatterien
Anstelle eines flüssigen oder gelartigen Elektrolyten verwenden Festkörperbatterien einen festen Elektrolyten. Diese festen Elektrolyten werden typischerweise aus Keramik, Glas, festem Polymer oder Sulfiten hergestellt. Festkörperbatterien findet man bereits teilweise in Herzschrittmachern und einigen Smartwatches, und bald könnten Geräte wie Smartphones und Tablets folgen.
Im Vergleich zu klassischen Lithium-Ionen-Batterien sind Festkörperbatterien effizienter und bieten bei gleicher Größe mehr Leistung. Infolgedessen könnten EV-Batterien kompakter werden, schneller laden und weniger wiegen, was die Reichweite erhöhen könnte. Zudem sollen Festkörperbatterien länger halten – mit bis zu siebenmal mehr Ladezyklen während ihrer Lebensdauer. Sie gelten auch als sicherer, da das feste Elektrolytmaterial feuerfest ist, im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien, die als Brandgefahr bekannt sind.
Derzeit ist der einzige Nachteil von Festkörperbatterien, wie schwierig es ist, eine Technologie in einem frühen Stadium für den weit verbreiteten Einsatz zu skalieren. Darüber hinaus braucht es noch ein wenig Zeit, um die Leistung von Festkörperbatterien zu maximieren und zu verifizieren, was zu verzögerten Auslieferungen beiträgt.
Lithium-Schwefel-Batterien
Diese neue Batterietechnologie verwendet Schwefel für die Kathode der Batterie, was nachhaltiger als klassische Materialien wie Nickel und Kobalt sein soll. Es gibt derzeit sogar Hoffnung, dass Lithium-Schwefel-Batterien dazu verwendet werden könnten, Flugzeuge und Züge sowie Energiespeicher zu betreiben.
Lithium-Schwefel-Batterien sollen langfristig effizienter als Lithium-Ionen-Batterien sein, was die Reichweite und Speicherkapazität von Elektrofahrzeugen erhöhen könnte. Darüber hinaus ist Schwefel derzeit ausgesprochen erschwinglich und in vielen Ländern vorhanden. Der Herstellungsprozess ist vergleichbar, sodass keine neuen Produktionsanlagen notwendig sind. Weitere Fortschritte bei Lithium-Schwefel-Batterien haben auch zu ultraschnellem Laden geführt und sie damit perfekt zum Einsatz bei erneuerbaren Energien gemacht.
Einer der größten Nachteile dieser neuen Batterietechnologie ist die Korrosionsanfälligkeit, obwohl neue Designs in Arbeit sind, um genau das zu verringern. Ein weiterer Nachteil ist, dass diese Batterien derzeit noch nicht so lange halten wie Lithium-Ionen-Batterien.
Kobaltfreie Lithium-Ionen-Batterien
Diese Batterien funktionieren ähnlich wie Lithium-Ionen-Batterien, enthalten jedoch kein Kobalt, das typischerweise zur Stabilisierung der Kathode in einer Lithium-Ionen-Batterie verwendet wird. Diese Batterien könnten in jedem Gerät verwendet werden, das von einer Lithium-Ionen-Batterie betrieben wird, aber der Fokus liegt hauptsächlich auf der Entwicklung kobaltfreier Batterien für Elektrofahrzeuge.
Der Hauptvorteil solcher Batterien besteht darin, dass sie nicht auf den teuren und limitierten Stoff angewiesen sind. Kobalt ist nämlich unglaublich teuer, und der Abbau davon ist mit Menschenrechtsverletzungen verbunden. So möchten bereits einige Länder und Unternehmen die Verwendung von Kobalt in Lithiumbatterien bis 2030 beenden.
Aber Alternativen zu Kobalt haben auch ihre eigenen Mängel, allen voran dem Aufsetzen neuer Gewinnungs- und Schürfprozesse. Der Abbau von Kobalt kann zwar giftig sein, aber die Lieferketten sind fest etabliert. Aus diesem Grund könnten Unternehmen weiterhin auf Kobalt setzen, bis sie andere Optionen ausreichend verfügbar sind.
Natrium-Ionen-Batterien
Diese Batterien ähneln Lithium-Ionen-Batterien, verwenden jedoch stattdessen Salzwasser als Elektrolyt. Es wird angenommen, dass diese Batterien etwas besser für die Energiespeicherung geeignet sind. Mit fortschreitender Forschung an Natrium-Ionen-Batterien könnten diese Batterien sogar schnelleres Laden in Elektrofahrzeugen, mobilen Geräten und Raumfahrttechnologie ermöglichen.
Trotz der geringen Energiedichte – Natrium-Ionen-Batterien können nur etwa zwei Drittel der Energie speichern, die eine Lithium-Ionen-Batterie derselben Größe halten kann – sind sie viel erschwinglicher und sehr sicher dank des geringen Brandrisikos. Außerdem funktionieren sie bei niedrigeren Temperaturen besser als Lithium-Ionen-Batterien, sodass man auch bei Minusgraden mit dem Handy Nachrichten schreiben oder Roulette online spielen könnte.
Während Natrium-Ionen-Batterien in der Vergangenheit zu ineffizient für Elektrofahrzeuge waren, arbeiten Forscher derzeit an Natrium-Ionen-Batterien mit kürzeren Ladezeiten. Vieles wird aber davon abhängen, ob es Fortschritte bei der Energiedichte geben wird.
