In der letzten Aktionärsversammlung von Tesla antwortete Elon Musk, Co-Founder und CEO von Tesla Motors auf die Frage von einem Aktionär: “You know, it’s rare that a day goes by when there is not some new battery chemistry that is announced”. Und Recht hat er. Es scheint so, als gäbe es jeden Tag neue Akku-Technologien wie Karbon Nanotube Elektroden Lithium, Kupfer Nanodraht Kathoden Lithium, Karbon Schaum Kondensator Hybrid, Graphen Ultrakondensator, und noch viele weitere. Im Moment wird viel von neuen Akku-Technologien gesprochen. Logisch! Die Fähigkeit, Elektrizität zu speichern und mobil zur Verfügung zu haben wird in der modernen Welt immer wichtiger. Elektro-Mobilität, Smartphones und Wearable Devices brauchen alle immer mehr Strom, und zwar mobil. Niemand will Stunden an einer Steckdose verbringen, bis sein Handy wieder aufgeladen ist. Aber welche Akku-Technologie sind tatsächlich ein Versprechen für die Zukunft und welche nicht? Ist das Ding mit dem Nanozeugs, welches mein iPhone in 30 Sekunden auflädt, wirklich bald Realität oder nur ein Traum? Battere klärt auf!

Viele Akku-Technologien noch als Basistechnologie

Auch wenn die Zeitungen jeden Tag von einer neuen Akku-Technologie berichten, sind die meisten davon erst Basistechnologien. Das heisst, viele werden es nicht in die breite Kommerzialisierung schaffen. Und jene, die sich durchsetzten werden, braucht es sicherlich noch über 4-5 Jahre bis zur Marktreife. Hier sind unsere momentanen Lieblinge für die Zukunft der Akku-Technologie.

Die 3 vielversprechendsten Akku-Technologien der Zukunft

StoreDot NanoDot

Es gab eine grosse PR-Welle, als das israelische Start-up StoreDot vor einiger Zeit gesagt und in einem Labor gezeigt hat, dass es ein Smartphone innerhalb von 30 Sekunden komplett aufladen kann. StoreDot erforscht Technologien, welche anscheinend auf dem ersten bio-organischen Nanokristall in der Geschichte der Menschheit beruhen und NanoDots genannt werden. Da ich kein Chemiker bin, weiss ich auch nicht was genau bio-orgnische Nanokristalle sind, aber es hört sich so an als wären es sehr, sehr, sehr kleine, organische Moleküle, in denen man aus irgend einem Grund sehr viel Energie speichern kann (und vor allem auch sehr schnell). Ausser Akkus will StoreDot auch Bildschirme, Datenspeicher und bio-medizinische Sachen damit herstellen. Obwohl das in sehr kontrollierten Bedingungen zu funktioniert scheint (siehe Video unten), sind Fragen bezüglich Anzahl möglicher Ladezyklen, Kosten, Sicherheit und Skalierbarkeit der Technologie offen. Wir hoffen natürlich, dass NanoDots in naher Zukunft die Welt erobern wird und verfolgen das Ganze gespannt! Hier ein kurzes Video, welches StoreDot NanoDot in Aktion zeigt:

Graphen Ultrakondensator

Ultrakondensatoren (oder auch Superkondensatoren genannt) gibt es schon lange. Wie der Name sagt, sind Ultrakondensatoren sehr mächtige Kondensatoren. “Aber was sind Kondensatoren”, fragt ihr. Kondensatoren sind eine andere Art als Elektrochemie, Energie zu speichern. Dabei wird die Energie in einem elektrischen Spannungsfeld gespeichert. Im Unterschied zu elektrochemischen Akkus und Batterien kann ein Kondensator um ein Vielfaches schneller aufgeladen werden. Der grosse Nachteil von Kondensatoren (und Ultrakondensatoren auch) ist aber, dass sie leider weniger Energie speichern können (sehr tiefe Energiedichte). Deshalb kommen sie fast nie zum Einsatz (ausser z.B. bei Kurbeltaschenlampen).

Graphene unter dem Mikroskop. Quelle: MIT Technology Review
Graphene unter dem Mikroskop. Quelle: MIT Technology Review

Graphen Ultrakondensatoren sind teilweise aus Graphen gemacht (die Elektroden bestehen aus Graphen). Dank den vorteilhaften Eigenschaften von Graphen können diese eine nützliche Menge an Energie speichern. Graphen hat nicht nur eine riesige Fläche auf kleinem Volumen (1 Gramm Graphen hat eine Fläche so gross wie ein Basketballfeld), es basiert auch auf Kohlenstoff und ist sehr umweltverträglich. Ähnlich wie NanoDots ist Graphen im Basistechnologie-Stadium. Wenn es überhaupt irgendwann kommerzialisiert wird, dauert dies sicherlich noch ziemlich lange.

Lithium-basierte Akkus

Wir alle kennen die Lithium-Ionen (Li-Ion) oder die Lithium-Polymer (LiPo) Akkus. Auch wenn Hersteller von LiPo reden, ist das heutzutage eher ein Li-Ion-Akku (LiPo ist im Alltagsgebrauch nicht sehr praktisch, da es u.a. eine hohe Temperatur braucht). In der nahen Zukunft werden sehr wahrscheinlich mehr Lithium-basierte Akkus herauskommen, welche einfach andere Elektroden brauchen. Heutige Li-Ion-Akkus haben Graphit- und Metalloxid-Elektroden. Ein Lithium-Sulphur-Akku könnte z.B. solides Lithium und chemisch aktives Sulphur als Elektron brauchen, und so die Energiedichte erhöhen (weil mehr Lithium-Atome reinpassen). Solch ein Akku könnte bis 2-3 mal mehr Energie speichern als ein heutiger Lithium-Ionen Akku. Eine weitere Möglichkeit, den heutigen Li-Ion-Akku zu verbessern, könnte der Lithium-Sauerstoff-Akku sein. Diese verwendet statt den herkömmlichen Anoden und Kathoden nämlich etwas viel leichteres: Sauerstoff. Obwohl das auf dem Papier möglich ist, kämpfen Forscher seit 20 Jahren damit, dass es in der Praxis auch klappt. Solch ein Akku könnte eine Energiedichte wie Benzin erreichen (also etwa 4-5 höher als heutige Li-Ion-Akkus)poweringup

Ultrakondensatoren können Lithium-basierte Akkus ablösen

Obwohl neben diesen hier vorgestellten Technologien noch viele mehr existieren, gibt es bei allen noch Barrieren bis zur Kommerzialisierung. Sicherlich sind manche realistischer, manche unrealistischer. Aber das ist auch für Experten mit dem Stand des Wissens von heute sehr schwer einzuschätzen. Wir hoffen, dass Graphen Ultrakondensatoren bald die elektrochemischen Akkus ablösen – nicht nur, weil sie viel mehr Leistung haben können, sondern vor allem auch, weil sie sehr viel umweltfreundlicher sind. Aber erst einmal werden wir uns wohl mit dem Lithium-Ionen-Akku und seinen Nachfolgern zufrieden geben müssen.