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Die Internationale Energieagentur sagt den Elektrofahrzeugen einen jährlichen Zuwachs von 36 Prozent bis zum Jahr 2030 voraus. Effiziente Batterien sind ein wichtiger Schlüssel dafür. Mit Hochdruck wird weltweit daran geforscht.
Künftige Superbatterien sollen leistungsstärker, nachhaltiger, leichter, schneller aufladbar, langlebiger und preiswerter sein. «Man spricht davon, Batterien innert 10 bis 15 Minuten aufzuladen», sagt Empa-Forscher Kostiantyn Kravchyk. Im Fokus sind aktuell Feststoffbatterien, Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Schwefel-Batterien, Natrium-Ionen-Batterien und andere vielversprechende Technologien. Jeder Batterietyp hat seine Vor- und Nachteile. Die bewährten Batterietechnologien werden laufend verbessert. Schliesslich geht es um das Optimum von Gewicht, Kosten und Nutzwert. Martin Bolliger, Senior Experte Elektromobilität und Energie, TCS Test & Technik, gibt bei aller Begeisterung zu bedenken: «Die Ankündigungen und Versprechen von neuen Supertechnologien sind mit Vorsicht zu geniessen, der Weg vom Labor bis in die Grossserie ist lang und kostspielig.»
Feststoffbatterien bereits ab 2025?
In einer Feststoffbatterie wird die Ladung nicht durch einen flüssigen, sondern einen festen Elektrolyten in Form einer dünnen Keramikschicht transportiert. Einzelne Autohersteller kündigen die Feststoffbatterie für 2025, 2027 oder 2030 an, mit einer Reichweite von über 1000 Kilometern. Die Batterie wurde bereits über 1000 Ladezyklen getestet, was einer Fahrzeugreichweite von etwa 500’000 Kilometern entspricht.
Rohstoffe aus Recycling
Einige der neuen Akku-Typen sollen zudem den Einsatz der kritischen Materialien, die derzeit in den Antriebsbatterien der E-Autos verbaut sind, reduzieren oder ganz beseitigen. Voraussichtlich werden ab 2034 die Hälfte der benötigten Rohstoffe aus dem Recycling von Altbatterien stammen. Auch hier läuft die Forschung auf Hochtouren. Das Schweizer Start-up Librec will künftig 90% der Batterie-Rohstoffe zurückgewinnen. Ähnlich auch Kyburz, der bekannte Hersteller der E-Dreiräder der Post. Zusammen mit der Empa und der ZHAW haben sie ein Verfahren für das Recycling von Lithium-Ionen-Akkus entwickelt.
Aufladen während der Kaffeepause
«Man spricht davon, Batterien innert zehn bis fünfzehn Minuten aufzuladen», sagt Empa-Forscher Kostiantyn Kravchyk. In China hat der grösste Batteriehersteller der Welt CATL einen Lithium-Eisenphosphat-Akku (LFP) zur Serienreife gebracht, der innert zehn Minuten den Strom für 400 Kilometer lädt. Selbst bei minus 10 Grad Celsius soll die Batterie nur 30 Minuten für diese Ladekapazität benötigen.
Weitere Hoffnungsträger aus aller Welt
Wissenschaftler der Sogang-Universität in Seoul Südkorea wollen die Grundlagen für eine Lithium-Polymer-Batterie entwickelt haben, deren Kapazität um das Zehnfache höher wäre als heute. Das britische Start-up Nyobolt hat einen neuartigen Energiespeicher vorgestellt, der in sechs Minuten den Strom für eine Reichweite von 250 Kilometern aufnehmen kann. Das Massachusetts Institute of Technology (MIT) USA entwickelt eine Aluminium-Schwefel-Batterie, welche ohne Lithium auskomme und deutlich günstiger zu produzieren sei. Im Falle einer Überhitzung könne sie nicht in Brand geraten. Auch Kalzium ist eine gute Alternative zu Lithium, da es rund 2500-mal häufiger vorkommt und weltweit verfügbar ist. Solche Batterien funktionierten bisher allerdings erst bei Temperaturen über 75 Grad. Forschende der Fudan Universität in Shanghai haben den Prototypen einer Kalzium-Luft-Batterie entwickelt, die auch bei Raumtemperatur zuverlässig funktioniert und nach 700 Ladezyklen noch fast 50 Prozent mehr Kapazität aufweist als Lithium-Ionen-Batterien. Und am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erreichten Forschende mit einer Kalzium-Schwefel-Batterie sehr viele Ladezyklen bei Raumtemperatur. Es bleibt spannend!