Wieder eine neue Wunderbatterie

Wieder eine neue Wunderbatterie

Wer die Medien mit ein wenig Aufmerksamkeit konsumiert, wird zumindest alle zwei Wochen feststellen: Schon wieder eine neue Wunderbatterie!

Und so war es auch diese Woche wieder so weit: Das deutsche Start-up Theion will schon bald eine Solid State-Batterie anbieten, die Lithium-Ionen-Akkus deutlich übertrifft: Die dreifache Reichweite wird für E-Autos versprochen!

Auf der Website werden alle erforderlichen Versprechen gebracht: Verdreifachte Energiedichte, hohe Zyklenfestigkeit, tolle Schnellladeleistung, nicht brennbar, billiges Rohmaterial, geringer Energieaufwand für die Produktion und natürlich: billig! Schwefel anstelle von Konfliktmaterialien – wäre das nicht fantastisch?

Erste Muster sind für 2023 angekündigt.

Wie real sind diese Versprechungen? Beginnen wir mit der Physik: Die Lithium-Schwefel-Batterie gibt es tatsächlich zumindest seit 1958, allerdings eher als Forschungsobjekt.

Zellenaufbau Lithium-Schwefel-Zelle
Urheberhinweis: Von Egibe – Eigenes Werk, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=80152749

Die Zellenspannung liegt bei 2,2 Volt, deutlich unter den 3,6 Volt der derzeit gängigen Lithium-Ionen-Batterien und die Spannungskurve ist kompliziert. Ein BMS für eine Lithium-Schwefel-Batterie muss ein durchaus aufwändiges Stück Technik sein.

Wer den Wikipedia-Artikel bis zum Ende liest, kommt auf zwei Erkenntnisse: Es tut sich etwas bei diesem Zellentyp. Allerdings sind Ankündigungen aus 2018 noch nicht in der Realität angekommen.

Eine deutliche Verbesserung der Eigenschaften der Schwefelzelle wurde durch den Einsatz von Cobaltoxalat berichtet. Und da war er wieder, der Problemstoff Kobalt!

Wer bisher bereits eine gewisse Skepsis beim Lesen verspürt hat, irrt definitiv nicht. Wenn eine neue Wunderbatterie bereits mehrmals ergebnislos angekündigt wurde und dann noch mit Kobalt verbessert werden muss: Da ist gewiss Vorsicht geboten.

Vor Schwierigkeiten mit Wunderbatterien sind selbst große Namen nicht gefeit: Beispielsweise steht das von Volkswagen unterstützte Feststoffbatterieunternehmen QuantumScape derzeit aufgrund eines sehr kritischen Berichts über mögliche Insidergeschäfte und Betrugsvorwürfe unter Druck – Theranos und Nikola lassen grüßen. Es gilt selbstverständlich die Unschuldsvermutung! Das Management von QuantumScape wirft deshalb gerade positive Berichte auf den Markt, um positive Stimmung zu verbreiten. Die viel früher als geplant vorgestellte Zelle mit 16 Schichten hat allerdings eine deutlich schlechtere Performance und die Zellengröße wird lediglich als “kommerziell relevant” bezeichnet, wohl weil die Firma auch für die lächerlich kleinen Zellen in ihren Testaufbauten kritisiert wurde.

Vielleicht ist das alles ungerecht gegenüber dem oben erwähnten Startup Theion – ich wünsche ihnen viel Glück. Ruft mich an, wenn das Produkt auf dem Markt ist!

Wiederverwertete Batterien besser als neu

Häufig wird bei Elektroautos darauf hingewiesen, dass es keine Recycling-Konzepte gibt. Natürlich ist das Recycling von Antriebsbatterien ein wichtiger Bestandteil bei der Verbesserung der Umweltbilanz von E-Autos. Eine in der wissenschaftlichen Zeitschrift „Jouleveröffentlichte Studie hat nun herausgefunden, dass wiederverwertete Batterien besser als neu sind. Das ist eigentlich unglaublich…

Batterie
Foto von Mika Baumeister auf Unsplash

Man könnte das natürlich für den wöchentlichen Jubelartikel über die nächste Batterierevolution abtun. Allerdings: Das Journal „Joule“ wird vom renommierten Verlag Elsevier herausgegeben und Artikel in dieser Publikation unterliegen dem Peer-Review-Prozess. Das bedeutet, dass die Texte von Experten auf dem jeweiligen Gebiet geprüft und positiv begutachtet werden müssen, bevor sie veröffentlicht werden können.

Dieser Prozess ist natürlich nicht völlig frei von Fehlern, zählt aber zu den besten Verfahren der wissenschaftlichen Qualitätssicherung. Reine Presseartikelware oder plumpe PR wird auf diesem Weg definitiv nicht publiziert. Diese Forschungsergebnisse haben also bereits einige kritische Prüfungen überstehen müssen.

Worum geht es aber überhaupt?

Die Studienautoren haben Lithium-Ionen-Batterien mit NMC111-Kathoden untersucht. Das bedeutet, dass die Kathode der Batterie zu gleichen Teilen die Metalle Nickel, Mangan und Kobalt enthält. Man könnte an dieser Stelle natürlich kritisieren, dass die aktuelle Batteriegeneration wesentlich mehr Nickel und dafür weniger Mangan und Kobalt beinhaltet, aber wir wollen nicht kleinlich sein.

Bei der Untersuchung einer 1 Ah-Zelle aus recyceltem Material kommt die Studie zum Ergebnis, dass diese Zelle 11.600 Zyklen mitmachte, bevor die Kapazität auf 70 Prozent des Nennwerts abgesunken war. Das ist ein Plus bei der Lebensdauer von 56 Prozent gegenüber einer Zelle mit neuem Kathodenmaterial. Eine solche Leistungsverbesserung ist schon spektakulär!

Dieses Ergebnis scheint zustande zu kommen, weil das wiedergewonnene Material eine porösere Struktur aufweist als neues Material. In dieser Struktur können die Lithium-Ionen offenbar gemütlicher und problemloser ein- und auswandern, was die chemische Abnutzung der Zelle reduziert.

Wenn diese Ergebnisse halten, wäre das wieder ein großer Schritt vorwärts in allen Bereichen, in denen Lithium-Ionen-Zellen eingesetzt werden. Das wären unter anderem Mobiltelefone, Laptops, drahtlose Kopfhörer und natürlich Elektroautos.

Wer wird der erste Autohersteller sein, der mit den Leistungen von Recyclingzellen wirbt, weil wiederverwertete Batterien besser als neu sind? Ich bin gespannt!