Vom Lithium-Ionen-Akku zum Feststoff-Akku

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Immer wieder liest der Interessent von einem Durchbruch bei der Forschung bei Akkus. Seit Jahren werden in unseren Geräten im Zeitablauf leicht verbesserte Lithium-Ionen-Akkus unterschiedlicher Bauformen eingesetzt. Der längerfristige Trend geht hin zum Akku mit einem Feststoff. Eine Festkörperbatterie, auch Feststoffbatterie oder als Feststoff-Akku bezeichnet, ist eine spezielle Bauform von Akkumulatoren, bei der beide Elektroden und auch der Elektrolyt aus festem Material bestehen.

Nachteile von Lithium-Ionen Akkus

Brandgefährlich ist im Fall herkömmlicher Lithium-Ionen Akkus die Flüssigkeit, die als Leitmedium zwischen den beiden Elektroden (Plus- und Minuspol) fungiert. In der Flüssigkeit, die auch eine geleeartige Konsistenz haben kann, sogenannte Elektrolyten, bewegen sich die Ladungen.

Wird diese Art Zellen durch starke Hitzentwicklung, Beschädigung und einen Funken entzündet, brennt dieser geleeartige Elektrolyt. Diese Art von Feuer ist nur schwer zu löschen. Daher werden heute gepanzerte Akkus in Elektrofahrzeugen eingebaut.

Ein Akkupack mit flüssigem Elektrolyt muss einen Kühlkreislauf besitzen, was Bauraum kostet und das Gewicht erhöht. Es gibt tatsächlich auch heute E-Autos, die noch keine Akku-Kühlung und Heizung besitzen! Dazu gehören Nissan Leaf und Renault ZOE.

Weiterhin muss durch die Regelelektronik verhindert werden, dass der Akkumulator zur Gänze geladen bzw. entladen wird, da dieses den Akku auf Dauer schädigt. Auch das Thema Selbstentladung ist nicht zu vernachlässigen. Weiterhin ist beim Akku Ladezustand und Balancing zu berücksichtigen.

Vorteil der Feststoff-Technik

Der Feststoff-Akku hat mehrere Vorteile. Das feste Leitmedium zwischen Plus- und Minuspol bedarf keiner zusätzlichen Kühlung, zudem hat dieser feste Elektrolyt eine höhere Energiedichte und Lagerfähigkeit.

Man kann also mehr Strom in das gleiche Volumen laden und damit die Akkukapzität. Er ist nicht entflammbar sondern bietet auch mehr Reichweite bei kleinerem Volumen. Damit gebaute Akkus sollen etwa das zwei- bis dreifache Energiedichte aufnehmen können als heutige Lithium-Ionen-Technik, mehr als 1.200 Ladezyklen ohne nennenswerte Leistungsverluste schaffen und weniger käl­teanfällig sein. Das Maß der Selbstentladung soll gering sein.

Stufen der Fertigung

Bis ein Akkupaket in einem E-Auto seinen Dienst verrichtet, sind mehrere Schritte notwendig. Es sind die Gewinnung der Rohstoffe, die chemische Aufbereitung, die Fertigung der vielen Zellen und die Konfektion der Akkupakete. Die Fertigung der Akkuzellen ist ein separater Prozess. Aus den Zellen werden dann, zum Beispiel bei den Autoherstellern die Zellen zu Akkupaketen verarbeitet. Interessant ist die Liste der Hersteller von Batterien für Elektroautos.

Automatisierung der Fertigung beschleunigt Preissenkungen

Wird berücksichtigt, dass rund 50 Prozent der Akkukosten in der oft noch manuellen Montage stecken, wird deutlich, dass derzeit noch große Optimierungs- und Kostensenkungspotentiale bei der Fertigung erschlossen werden können. Intelligente automatische Produktionstechnologien, die zu einer höheren Produktivität und einer geringen Ausschussrate führen, üben zweifellos nachhaltige Hebelwirkungen aus.

Zukunft

Bis mobile Geräte und E-Autos serienmäßig mit Feststoff-Akkus ausgestattet sind, wird es also noch einige Zeit dauern.

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