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Die Zukunft der Batterietechnik?
Akku: neue Alternative mit alten Zutaten
Akkus mit Eisenphosphat gelten als Hoffnungsträger in der Batterieentwicklung. Trotz der zahlreichen Vorzüge gibt es derzeit noch unüberwindbare Hindernisse.
Text: Roland Scharf, Fotos: unsplash.com
Um eine Sache vorab gleich klarzustellen. Entwickelt und geforscht wird derzeit an vielen Ecken und Enden. Nicht oder nur minimal bei den Autokonzernen, da man derzeit lieber abwartet, in welche Richtung die Mobilität generell gehen wird. Bei den Zulieferern dafür umso mehr. Und nachdem bei den E-Motoren praktisch nichts mehr herauszuholen ist, richtet man den Fokus natürlich verstärkt auf die Akkutechnik. Gleich vorweg: An Lithium als Basismaterial wird sich auch in absehbarer Zeit nichts ändern, sehr wohl aber an den binären Komponenten. Und eine Variante, der derzeit besonders viel Potenzial zugesprochen wird, ist der Lithium-EisenphosphatAkku.
kein altes eisen Wenn auch gern mit LEP abgekürzt, ist der korrekte technische Terminus LiFePO4, heißt somit: Grundsätzlich wandern auch hier LithiumIonen von einer Elektrode durch einen Elektrolyt zu einer anderen Elektrode. Die positive Elektrode besteht jedoch nicht aus Kobaltoxid, sondern – und jetzt kommt’s – aus Eisenphosphat. Ein alles andere als unwichtiges Detail, denn gerade Kobalt gilt als besonders schwer abbaubar, wobei besonders der Kongo für katastrophale Arbeitsbedingungen in den entsprechenden Minen oftmals in die Schlagzeilen geriet. Eisen hingegen ist nicht nur weit häufiger vorhanden, die Gewinnung ist simpler und auch nach wie vor (noch) in Europa vertreten, was der lokalen Akkuproduktion also auch einen wichtigen Schritt näher kommen könnte. Damit hören die Vorteile aber noch nicht auf. Weitere Schwermetalle wie Nickel oder Kadmium werden nicht mehr benötigt, womit auch automatisch das Recycling deutlich besser funktioniert als bei den Lithium-Ionen-Kollegen. Sogar Elektrodenmaterialien und der Polymerseparator können zu 90 Prozent aufbereitet werden und das einzige, was bei LEP übrig bleibt und entsorgt werden muss, ist der Elektrolytstoff. keine heiße Sache Hinzu kommt nämlich noch die enorme Robustheit. Obwohl nach wie vor mit Lithium und auch flüssigem und somit brennbarem Elektrolyt bestückt, vertragen LEP-Batterien deutlich höhere Temperaturen, stecken Überladungen leichter weg und überstehen auch Kurzschüsse und sogar mechanische Beschädigungen besser. Faktoren, die gerade in der Anwendung im Fahrzeug durchaus relevant sind. Nicht nur was die Sicherheit betrifft. Auch kann an Crash- und Kühleinrichtungen gespart werden, was die Autos theoretisch nicht nur billiger, sondern auch leichter macht. All das liegt daran, dass die Überhitzung einer Zelle bei derart ungewünschten Ereignissen fast nicht mehr möglich ist. Selbst wenn man diese mutwillig zerstört, wird nämlich kein Sauerstoff freigesetzt, der eine Fortpflanzung der Überhitzung und des möglichen Feuers an benachbarte Zellen mehr als nur unterstützen würde. Das Problem der Entzündbarkeit würde also nicht nur sprichwörtlich im Keim erstickt werden. Eindrucksvolle Vorführungen von motivierten Ingenieuren, die in LEP-Zellen munter eine selbstschneidende Schraube hineindrehten, ohne dass auch nur irgendwas passiert wäre, geben Anlass zur Annahme, dass in puncto Sicherheit ein riesiger Schritt nach vorn gelingen würde. Das ist zwar super, ganz ist die Brandgefahr damit aber nicht gebannt. Im Endeffekt besteht ja nur die Kathode aus einem anderen Material im Vergleich zu einer LithiumIonen-Zelle. Sowohl das Elektrolyt als auch die Anode sind unverändert brennbar.
einsatz im auto Was heißt das alles nun für die Anwendung in einem Fahrzeug? Hier kommen die hohen Lade- und Entladeströme zum Zug. Man kann also hohe Spitzenströme genauso erreichen wie kurze Ladezeiten, zudem gelten LEP als sehr zyklenfest. Erste Tests haben ergeben, dass nach 10.000 Zyklen immer noch 75 Prozent der ursprünglichen Kapazität zur Verfügung stehen. Und zu
lithium-eisenphosphat-akkus sind deutlich umweltschonender als lithium-ionen-akkus, zudem preiswerter, da statt kobalt eisen zum einsatz kommt
guter Letzt kann auch der weitere Temperaturbereich für ein wenig Entspannung sorgen, da die EisenphosphatZellen mit hohen wie mit tieferen Temperaturen problemlos zurechtkommen. Bei all diesen Vorteilen drängt sich natürlich eine Frage auf: Wenn alles so toll ist, warum setzen dann nicht viele Hersteller schon längst auf diese Technologie?
Wo viel licht Bei der Anwendung in einem Auto kommen neben den technischen noch wirtschaftliche Faktoren zum Zug, die über das reine Fahren und Laden hinausgehen. Für viele Hersteller gilt die Weiterverwendung nach dem Einsatz im Auto als wichtiger Faktor in der Finanzierung und nur, wenn ein Akku im Alter noch einen Wert hat, kann das ganze Geschäftsmodell auch irgendwie funktionieren. Zuerst scheitert es aber einmal an der geringeren Energiedichte. Liegt diese bei LithiumIonen-Akkus bei 180 Wh/kg, beträgt diese bei LEP nur 90 bis 100 Wh/ kg. Das heißt: Damit ein LEP so viel leisten kann wie ein Lithium-IonenAkku, benötigt man fast doppelt so viele Zellen – und Platz – und Geld. Renault hat sich mit diesem Thema schon intensiver auseinandergesetzt und errechnet, dass man beim Einsatz der neuen Technik zwar zehn Prozent Kosten einsparen würde, aber auch 20 Prozent Reichweite. Das kann vor allem bei kleinen Fahrzeugen schnell zum Problem werden, ist man sich sicher, da hier nicht nur der Preis, sondern auch Größe und Gewicht der Stromspeicher eine enorme Bedeutung haben. Zudem ist das Recycling aufgrund der geringeren Anzahl an hochwertigen Rohstoffen auch nicht mehr so lukrativ. Und gerade Renault, die eine ganze Ansammlung aus Fabriken zu einer Art Electric Village zusammenschalten wollen, bei denen von Erzeugung bis Wiederverwertung der Batterien alles intern erledigt werden soll, natürlich ein entscheidender Faktor, damit das Projekt auch rechnerisch noch einen Sinn ergibt. Die Lösung für Renault somit: festhalten an der Lithium-Ionen-Technik. Und weiterforschen am Feststoff-Akku, aber das ist eine ganz andere Geschichte … •
