Alternativen für Lithium-Ionen-Batterien und ihre Bedeutung für die Energiewende

Lithium-Ionen-Batterien werden in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt, allerdings bringen sie einige Probleme mit sich. Sie sind hohen Temperaturen gegenüber empfindlich und hochentzündlich. Dies kann im Falle eines Brandes dazu führen, dass schädliche Stoffe freigesetzt werden. Daher sind Alternativen, die effizienter und sicherer sind und eine längere Lebensdauer haben, sehr gefragt.

In diesem Artikel können Sie mehr über Sauerstoff-Ionen-Batterien und Feststoffbatterien erfahren, zwei vielversprechende Alternativen. Wir klären Sie über deren Vor- und Nachteile auf und erörtern, ob sie wirklich in Zukunft Lithium-Ionen-Batterien ersetzen könnten.

Sauerstoff-Ionen-Batterien

Die ersten Sauerstoff-Ionen-Batterien wurden von Wissenschaftlern der Technischen Universität Wien entwickelt und werden von zweifach negativen Sauerstoff-Ionen anstelle von Lithium-Ionen geladen.

Diese neuen Batterien haben den Vorteil, dass sie eine längere Haltbarkeitszeit haben und zusätzlich regenerierbar sind, während Lithium-Ionen-Batterien ihre Kapazität verlieren. Durch eine Elektrode, die in Kontakt mit der Außenluft steht, werden neue Sauerstoff-Ionen direkt in die Batterie eingeführt. So bleibt die Kapazität der Batterie gleich, wodurch sie weitaus länger genutzt werden kann.

Da Sauerstoff deutlich leichter zu gewinnen ist als Lithium, würde die Produktion dieser Batterien vereinfacht werden. Zusätzlich sind Sauerstoff-Ionen-Batterien auch sicherer. Da sie aus nicht brennbaren Materialien hergestellt werden, die keine Brände oder sogar Explosionen verursachen können.

Feststoffbatterien

Feststoffbatterien sind eine weitere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, denn sie sollen eine Reichweite von über 1.000 Kilometern haben, wobei die Ladezeit für ein Elektroauto nur etwa 10 Minuten dauern würde.

Dies soll durch die Art der verwendeten Elektrolyten dieser neuen Batterien möglich gemacht werden. Denn im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien verwenden Feststoffbatterien feste Materialien, wie etwa Polymer-Elektrolyten.

Der große Vorteil von festen Stoffen ist eine Energiedichte von ungefähr 400 W/kg. Dies könnte Elektroautos eine höhere Reichweite und längere Laufzeit von schätzungsweise 100.000 Ladungszyklen ermöglichen. Und genau wie Sauerstoff-Ionen-Batterien sind sie sicherer als Lithium-Ionen-Batterien. Feste Elektrolyten sind schwerer in Brand zu setzen, auch wenn die Batterie durch einen Unfall beschädigt werden würde.

Vor- und Nachteile

Auch wenn Sauerstoff-Ionen- und Feststoffbatterien sehr vielversprechend als Ersatz für Lithium-Ionen-Batterien sind, bringen beide Varianten einige Nachteile mit sich.

Sauerstoff-Ionen-Batterien haben eine eher geringe Energiedichte und können bei gleichem Volumen nur etwa ein Drittel der Energie einer Lithium-Ionen-Batterie speichern. Zusätzlich benötigen Sie eine Betriebstemperatur von 200 bis 400 Grad Celsius, um optimal funktionieren zu können. Aus diesem Grund sind sie für Geräte wie Smartphones oder für Elektroautos ungünstig und eignen sich eher für größere Energiespeicher.

Im Vergleich dazu scheinen Feststoffbatterien aufgrund Ihrer höheren Energiedichte und längeren Laufzeit der perfekte Ersatz für Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos zu sein. Autohersteller werben schon mit vielversprechenden Ergebnissen, allerdings ist diese Technik momentan noch in der Prototypen-Phase und bringt einige Probleme mit sich.

Momentane Labortests haben ergeben, dass sich kleine Lithium-Äste beim Laden der Batterie bilden. Dies verringert die Lebensdauer der Batterie und kann im schlimmsten Fall sogar zu Kurzschlüssen führen. Japanische Wissenschaftler konnten dieses Problem lösen, in dem sie neue Elektroden entwickeln, die ihr Volumen nicht ändern, allerdings ist diese Technologie noch lange nicht marktreif. Ein weiterer Punkt der Ungewissheit sind die möglichen Kosten, denn momentan ist noch nicht klar, wo der Markt-Preis von Feststoffbatterien liegen würde.

Art der Batterie	Vorteile	Nachteile
Sauerstoff-Ionen-Batterie	Längere Haltbarkeit	Geringere Kapazität als Lithium-Ionen-Batterien
	Regenerierbar	Benötigt hohe Betriebstemperatur (200 bis 400 °C)
	Einfache Produktion
	Sicherer als Lithium-Ionen-Batterien
Feststoffbatterie	Lange Laufzeit mit geringer Ladezeit	(Momentane) Technische Probleme bei der Entwicklung
	Sicherer als Lithium-Ionen-Batterien	Noch nicht marktreif
		Unbekannt, ob Feststoffbatterien überhaupt günstiger als Lithium-Ionen-Batterien sein werden

Fazit

Beide Batterien haben das Potenzial, Lithium-Ionen-Batterien in der Zukunft zu ersetzen, da sie mehr Sicherheit bedeuten und eine längere Haltbarkeit haben. Jedoch müssen wir auch die Realität anerkennen, dass es noch einige Jahre dauern wird, bis diese Technologien in großem Maßstab auf dem Markt verfügbar sein werden.

Die Forschung und Entwicklung in diesem Bereich schreitet zwar voran, doch bis zur tatsächlichen Umsetzung in alltäglichen Anwendungen wird noch Zeit vergehen. Daher ist es zum jetzigen Zeitpunkt noch zu früh, um definitive Aussagen über die Batterietechnologien der Zukunft zu treffen.

Titelbild: pixabay.com © PublicDomainPictures | Batterien