Das Herz der Elektromobilität: Batterien
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Das Herz der Elektromobilität: Batterien

Ohne Lithium-Ionen-Akkus gäbe es keine Smartphones, Laptops und Elektroautos. Heute ist die Batterietechnik in allen diesen Geräten verbaut. Doch kann sie auch die steigenden Anforderungen durch die Elektromobilität meistern?

Der Lithium-Ionen-Akku hat sich in den vergangenen 25 Jahren als die führende Stromspeichertechnik etabliert. Sie kommt hinsichtlich ihrer Leistungsdichte im elektrischen Antrieb dem Verbrennungsmotor sehr nahe. Zudem gilt die Technik als besonders wartungsarm und sicher, da beim Laden und Entladen die Lithium-Ionen zwischen den Polen hin- und herwandern.

Seit der kommerziellen Nutzung von Lithium-Ionen-Akkus hat sich die Energiedichte der Batterie etwa vervierfacht. „Die Energiedichte spielt bei der Elektromobilität eine wichtige Rolle. Diese gibt an, wie hoch der Energieinhalt im Verhältnis zum Batterievolumen ist. Die Energiedichte der Batterien steht somit in einem direkten Zusammenhang mit der Reichweite von E-Fahrzeugen und spielt eine zentrale Rolle für die Akzeptanz und den Erfolg der Elektromobilität“, sagt Richard Klöpsch, Experte am MEET Batterieforschungszentrum der Westfälischen Wilhelms-Universität.

Verbesserungspotenzial bei dieser Batterietechnik bietet beispielsweise noch die Flüssigkeit, Elektrolyt, durch die sich die geladenen Teilchen bewegen. Bislang verwenden Hersteller dafür ein organisches Lösungsmittel. Das hat jedoch einen Nachteil: Die Akkus sind brennbar und können sich entzünden, sobald sich die Batterie unter ungünstigen Bedingungen selbst überhitzen – wie etwa beim Galaxy Note 7 von Samsung passiert. Entsprechend wird versucht, den flüssigen Elektrolyten durch einen festen auf keramischer Basis, der nicht brennbar ist, zu ersetzen.

Darüber hinaus haben Lithium-Ionen-Akkus aber noch ein anderes Problem. „Der Markt wird zukünftig nach Batterien für E-Fahrzeuge mit noch höheren Energiedichten als heute nachfragen“, erklärt Klöpsch. „Deswegen ist es wichtig, auch die bestehenden Technologien weiter zu entwickeln. Bei Lithium-Ionen-Akkus lässt sich etwa durch den Einsatz einer negativen Elektrode aus metallischem Lithium die Energiedichte massiv erhöhen. Allerdings bringt diese Zellchemie derzeit noch große Sicherheitsrisiken mit sich. An einer Lösung dieser Problematik wird vielerorts unter Hochdruck geforscht.“

Neue Entwicklungen in den Startlöchern

Die Forschung diskutiert derzeit alternative Batteriekonzepte, die darauf ausgerichtet sind, andere chemische Reaktionen in der Batterie ablaufen zu lassen, bei denen Stoffe wirklich verändert, neu gebildet und verbraucht werden. Durch diese Konversionsreaktionen sollen die Akkumulatoren der Zukunft mehr Energie speichern können.

Ein aktuelles Beispiel ist die Lithium-Schwefel-Batterie. Sie enthält gelben Schwefel, der die Kathode bildet. Dorthin wandern die Lithium-Ionen von der Anode aus, um sich mit dem Schwefel zu verbinden. Elementarer Schwefel bildet üblicherweise Achtringe aus Schwefelatomen. Durch die chemische Reaktion in der Zelle zerfallen diese Gebilde jedoch zu Ketten verschiedener Länge. Diese chemischen Prozesse können mehr Energie speichern als die Lithium-Ionen-Akkus. Und die Technik hat einen weiteren Vorteil: Elementarer Schwefel ist günstig und leicht verfügbar. „Für Elektrofahrzeuge wird diese Batterietechnologie aber aller Voraussicht nach nicht geeignet sein. Die Lithium-Schwefel-Batterie dürfte in puncto spezifische Energie, also Energie pro Masse, Vorteile bringen, allerdings bezüglich ihrer volumetrischen Energie eher nicht. Damit eignet sie sich für Anwendungen, wo ein geringes Gewicht von Vorteil ist, wie etwa in der Luftfahrt“, sagt Klöpsch.

Als weiterer potenzieller Nachfolger für die Lithium-Ionen-Technologie werden auch Metall-Luft-Akkus diskutiert. Doch diese Technik befindet sich erst noch am Anfang der Forschung. Welches Konzept aber tatsächlich die etablierten Energiespeicher ablösen kann und wird, zeigt sich wohl erst im Lauf der kommenden Jahre.

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Anonymer Benutzer – 09.03.2019 16:23

Strom/Stróm/Substantiv, maskulin [der]1a.großer, breiter Fluss"ein breiter, langer, mächtiger, reißender Strom"1b.viel, eine größere Menge (in Bezug auf Flüssigkeiten, die aus etwas herausfließen, -strömen)"ein Strom von Wasser ergoss sich über den Fußboden"1c.größere, sich langsam in einer Richtung vorwärtsbewegende Menge"ein Strom von Menschen, von Fahrzeugen"2.Strömung (1)"sie schwimmt mit dem Strom, versucht, gegen den Strom anzuschwimmen"3.in einer Richtung sich bewegende elektrische Ladung, fließende Elektrizität"elektrischer Strom"

Juli 2005 – 09.03.2019 16:22

1. Juli 2005: “Vertrauensfrage”-> 151 Ja- zu 296 Nein-Stimmen21. Juli beschluss zur Bundestagsauflösung 18. September 2005 Neuwahlen34,2% bei neuwahlen-> zweitstärkste Partei nach Union

FortniteBabo2009 – 09.03.2019 16:21

Strom macht auaMein Vati hat mir gestern einen MIxer in mein Analkanal gesteckt, der Mixer war angeschaltet, das war eine große Sauerrei

Meinkraft porn – 09.03.2019 16:21

Meinkraft porn ist sooo geil

Adolf – 09.03.2019 16:20

FRANKREICH!

der schwarze nigga – 09.03.2019 16:19

I bauch bassa

HAns hotzplotz – 09.03.2019 16:17

e auto ist strom brum brum

Anonymer Benutzer – 09.03.2019 16:16

xaxxaxaxaxaxaxxaxaxa

abcdefghijklmnopqrstuvwxyz – 09.03.2019 16:27

Für alle ANALphabeten ist hier das ABC: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa – 09.03.2019 16:26

aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

Eautoisschwul – 09.03.2019 16:25

reeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee

Eautofahrer3 – 09.03.2019 16:24

Hinzu kommen CO2-Emissionen, die bei der Produktion des Motors freiwerden. Da beim Bau eines Elektromotors weniger CO2 anfällt als bei der Herstellung eines Verbrenners, reduziert sich unter dem Strich die Menge, die das batterieelektrische Auto über seine besser Fahremissionsbilanz kompensieren muss, auf rund 2,74 Tonnen CO2. Beim Vergleich mit dem Golf-Benziner fährt der Nissanniger somit erst nach gut 28.000 Kilometern eine schwarze Umweltnull rein. "Das Elektroauto hat heute nur leichte Umweltvorteile", sagt Hinrich Helms, Wissenschaftler am IFEU und spezialisiert auf die Umweltauswirkungen des Elektroautosnegermeger. Aber: "Es wird deutlich besser werden. Die Zeit spielt für das Elektroauto."