E-Autos haben gegenüber Kraftstoffautos bis dato einen großen Nachteil – dieser betrifft die kurze Reichweite, wobei in den Köpfen der Kunden noch immer veraltete Zahlen rumschwirren dürfen, und nur selten jemand von Berlin aus mit der Fähre in tiefste Schweden will. Da ist ein Mietwagen letztlich die sinnvollere Lösung.
Fakt ist: Ein Akku mit der Energiekapazität eines Benzintanks würde das Problem lösen und die Attraktivität von E-Autos steigern. Als vielversprechend gelten Lithium-Luft-Batterien wegen ihrer hohen theoretischen Energiedichte. Aber bei der praktischen Umsetzung von Lithium-Luft-Akkumulatoren gibt es diverse Schwierigkeiten, weshalb dieser Akkutyp sich noch im Forschungsstadium befindet.
Die Technologie ist bereits seit Jahren Thema verschiedener Forschungsarbeiten, weil Lithium-Luft-Batterie bezogen auf das Gewicht eine besonders hohe Energiedichte erreichen könnte. Damit würden Elektroautos mehr Reichweite ohne zusätzliches Gewicht erhalten. Elektrofahrzeuge haben derzeit mit einem vollen Akku eine Reichweite von etwa 160 Kilometern. Wobei die derzeitig größte Reichweite eines Elektroautos mit einer einzigen Akkuladung nach Herstellerangaben schon bei 600 Kilometern liegt, die Geringste allerdings wirklich bei 120 Kilometern. Mit einem Lithium-Luft-Akku ist eine Reichweite von 640 bis 800 Kilometern möglich. Damit werden Lithium-Luft-Batterien möglicherweise zu einem der wichtigsten Energieträger für die Zukunft. Anlass zur Hoffnung geben die neuesten Forschungsergebnisse aus Japan.
Lithium-Ionen-Akku versus Lithium-Luft-Akku
Ein gravierender Unterschied der beiden Akkutypen besteht in der Energiedichte. Die gravimetrische Energiedichte gibt darüber Auskunft, wie viel Energie pro Masse gespeichert werden kann. In der Praxis bedeutet eine hohe Energiedichte große gespeicherte Energiemenge bei geringem Gewicht. Die Einheit ist Kilowattstunden pro Kilogramm. Über ein Drittel der derzeitig am Markt befindlichen E-Autos wiegt mehr als zwei Tonnen. Das hohe Eigengewicht von Elektroautos ist ein wirkliches Problem und maßgeblich durch das Gewicht der Akkus bedingt. Die neuen Akkus sind bei gleicher Leistung um mehr als die Hälfte leichter. Derzeit sind sie jedoch für den Einsatz in Elektroautos noch zu groß. Lithium-Luft-Akkus sind nicht die einzigen Metall-Luft-Batterien, an denen geforscht wird. In diese Gruppe gehören beispielsweise auch die Aluminium-Luft-Batterie, die Natrium-Luft-Batterie oder die Zink-Luft-Batterie, die als Knopfzelle beispielsweise in Hörgeräten verwendet wird. Das größte Potenzial sehen Forscher bei der Lithium-Luft-Technologie. Durch die Reaktion von Sauerstoff aus der Luft mit Lithium wird Energie freigesetzt. Und Lithium weist das höchste elektrochemische Potenzial bei den Metallen auf. Jedoch gibt es noch einige Schwachstellen.
Nachteile und Vorteile der neuen Technologie
Derzeit hat die neue Technologie noch einige Schwachstellen. Dazu zählt die kurze Lebensdauer der Batterie. Prinzipiell hätten Lithium-Luft-Batterien das Potenzial für eine hohe Zyklenzahl und eine lange Lagerfähigkeit. Die Realität sieht derzeit aber noch anders aus. Für die Experten ist es wichtig, verschiedene chemische und physikalische Prozesse, die die Lebensdauer von Lithium-Luft-Akkus und ihre Kapazität einschränken, in den Griff zu bekommen. Der in Japan entwickelte Prototyp erreichte eine Lebensdauer von zehn Entlade- und Ladezyklen – was als erster großer Erfolg verbucht wurde, aber natürlich überhaupt nicht alltagstauglich ist. Neben der Lebensdauer ist auch beim Zeitfaktor noch einiges zu verbessern. So dauerte beim Prototyp der Ladevorgang etwa 10 Stunden und war mit höherem Energieaufwand als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus verbunden. Zudem sind die verwendeten Materialien noch zu teuer für den Einsatz in der Praxis. Vergleichst du eine Lithium-Ionen-Batterie mit einem anderen Akku, so ist diese umweltfreundlicher und auch sicherer. Bei Lithium-Luft-Akkus ist die Gefahr der Dendritenbildung vermindert. Dendriten verursachen Brände oder führen zu Explosionen von Akkus. Diese kristallinen Ablagerungen können sich beim Laden bilden. Ein Nachteil von Lithium-Luft-Akkus ist eine geringe Recyclingfähigkeit aufgrund der Bildung von irreversiblen Lithiumverbindungen. Durch niedrige Sauerstofflöslichkeit und hohe Wasserlöslichkeit gehen Elektrolyte durch Verdampfung verloren.
Zukunft des E-Autos
Das Forschungsteam sieht in seiner neu entwickelten Lithium-Luft-Batterie aber trotzdem einen großen Schritt auf dem Weg zur praktischen Anwendung. Von besonderer Bedeutung ist dabei die erreichte Energiedichte von 500 Wattstunden pro Kilogramm. Sie ist um das fünf- bis zehnfach höher als bei einem Lithium-Ionen-Akku. Zu den wesentlichen Aufgaben, die noch bewältigt werden müssen, zählt eine Verbesserung des Ladevorgangs. Das Forscherteam hat es sich zum Ziel gesetzt, den neuen Energieträger innerhalb von fünf bis zehn Jahren zur Marktreife weiterzuentwickeln. Mit der neuen Batterietechnik sind dann Reichweiten wie bei Verbrennern möglich. Und auch deinem Umstieg auf ein Elektroauto steht dann nichts mehr im Wege, falls du derzeit Bedenken bezüglich der Reichweite hast.
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