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Kobalt, Graphit und Lithium sind jene drei kritischen Bestandteile einer jeden Batterie, die für Probleme sorgen. „Wenn wir Lithium-Ionen-Batterien, also Batterien, die sich in Elektroautos genauso wie in Handys befinden, weiterhin so bauen wie jetzt, wird Berechnungen zufolge bereits 2025 der Bedarf an Kobalt die weltweite Produktion übersteigen. Hier müssen wir also dringend Alternativen finden“, erklärt die Batterieforscherin Margret Wohlfahrt-Mehrens vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung, Baden-Württemberg (ZSW) in Ulm.
Auch bei den Naturgraphiten ist ein Engpass zu erwarten. „Dabei erschöpfen sich nicht nur die natürlichen Vorkommen, sondern auch der Zugang zu den Ressourcen könnte schwieriger werden. Denn ein Großteil der noch verfügbaren Quellen befindet sich in China. Hier macht man sich sukzessive abhängig, was die Preise ansteigen lassen könnte.“ Die Lithiumreserven wiederum seien zwar ausreichend, so Wohlfahrt-Mehrens, doch auch hier müsste man die Prozesse stark optimieren, will man den wachsenden Bedarf an Akkus für Roboter und Autos in Zukunft decken.

Ein hochsensibles System

Nach Alternativen bzw. Verbesserungen zu allen drei Bestandteilen der Lithium-Ionen-Batterie wird derzeit eifrig gesucht. So sei es etwa technisch kein Problem, die Graphite künstlich herzustellen. Der Prozess ist allerdings sehr energieaufwändig, so die Materialforscherin. „Hier versucht man die Herstellung umweltfreundlicher zu machen.“

Festkörperbatterien als Superbatterie?

Aus diesem Grund forscht man seit einigen Jahren an einem völlig anderen Batterietyp, der Festkörperbatterie. Dabei will man auf lange Sicht die flüssigen Elektrolyte durch feste Materialien ersetzen - genauer durch eine Keramik, die ebenfalls Lithium-Ionen leiten kann. „Mit Festkörperbatterien lassen sich höhere Energiedichte mit höherer Sicherheit verbinden. Zudem ergeben sich neue Möglichkeiten für ein kompakteres Batteriedesign. Auf Kühlkreisläufe kann beispielsweise verzichtet und kleinere Systeme entwickelt werden.“ Noch arbeitet man daran, die Materialien ideal zu kombinieren, so Wohlfahrt-Mehrens.
Ein noch größeres Problem ist allerdings die massentaugliche Herstellung. Denn für eine Festkörperbatterie müsste man sehr dünne keramische Schichten großflächig und fehlerfrei produzieren. „Um diese Prozesse vom Labormuster bis in den Produktionsprozess zu entwickeln, wird es noch sehr lange dauern.“ Für die nächsten 15 bis 20 Jahre rechnet die Forscherin jedenfalls mit keiner Marktrevolution.

ORF

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