Wunderakkus, viele leere Versprechungen.

Immer wieder stopere ich über Artikel zu neuen und besseren Akkus. Seit Jahrzehnten warten wir auf den Wunder-Akku. Immer wieder wird er angekündigt. Aber er kommt nicht.

Dampfplaudereien von Industrie und Wissenschaft

http://www.heise.de/newsticker/meldung/Biegsamer-Akku-aus-Aluminium-2596753.html: "Auch nach über 7500 Ladevorgängen sei noch kein Verlust der Akku-Kapazität festzustellen. Der Leistungsverlust üblicher Lithium-Ionen-Akkus beginnt bereits nach etwa 100 Ladezyklen.  Noch liefert der Aluminium-Akku nur zwei Volt,  Der Ladevorgang dauert nach Angaben der Forscher lediglich eine Minute". Das ist ja fast schon toll.

Oder diese Ankündigung vom 24.01.2013 http://www.heise.de/tr/artikel/Nanostrukturen-verlaengern-Akkulebensdauer-1782465.html , "Nanostrukturen verlängern Akkulebensdauer Stanford-Forscher wollen die Anzahl der Ladezyklen von Lithium-Schwefel-Akkumulatoren deutlich erhöhen. Bislang überstehen die Zellen höchstens 150 vollständige Ladevorgänge. Die Stanford-Technik erreicht 1000, ohne dass die Kapazität deutlich dezimiert wird. Stand 2014 sind nun etwa 1500 Entladezyklen möglich" ( http://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Schwefel-Akkumulator, Abruf vom 08.04.2014)

Dann habe ich mal bei meinen Lieblingsseiten gesucht, und die Meldungen dazu lose aufgelistet, überwiegend Vaporware vom Feinsten.

Google forscht an besseren Solid-State-AkkusÜberblick über Akkus in XXLNanotechnik von Start-up EnerG2 in Anoden steigert Akkuleistung um 30%Kombiakku für Sonnenstrom, Flussbatterien und von Lithium-Schwefel-Batterien kombiniertGiftiges und seltenes Anodenmaterial Batteriechemiker experimentieren mit Germanium-NanoröhrchenGraphen soll Akku-Ladezeit in Lithium-Ionen-Akkus drastisch senkenLithium-Ionen-Akkus mit Mehr Power dank Eisensulfid von britischer Militärtechnik Firma QinetiqReVolt hat einen Zink-Luft-Akku entwickelt, der – bei gleichem Volumen – dreimal so viel Energie wie Lithium-Ionen-Zellen speichern kannSilizium-Nanoröhren statt Graphit als Anoden in Lithium-Ionen-Akkus sollen sie zehnmal so viel Energie speichern wie bisher, Interessant: Lithium-Ferrophosphat-Akku, Lithium-Schwefel-Akkus als ZukunftZehnfache Akku-Kapazität durch Luftfüllung, Lithium-Ionen-Akkus mit doppelter Energiedichte vom US-Start-up SolidEnergy SystemsBlitz-Akkus, Superkondensatoren als Schlüsseltechnologie für die Energiewende, Kevlar macht Lithiumakkus brandsicher, Start-up Seeo aus Kalifornien hat den Prototypen eines lithium-Ionen-Akkus entwickelt, der doppelt so viel Energie speichert, Hybrid-Batterie aus Lithium-Ionen-Akku und KondensatorErste Batterie auf Graphen-Basis soll Kapazität verdoppeln,  Hier mal kritisch Angebliche Redoxflow-Batterie mit einer sagenhaften Energiedichte von NanoFlowcellSolid-State-Akkus von Applied Materialsamerikanisches Start-up: Langzeitakkus aus Eisen und Chrom, Kostengünstige Redox-Fluss-Akkus, es gäbe noch eine Fülle weiterer Artikel, teils unterhaltsam, teils informativ, oft Schleichwerbung für Startups, oder der Versuch, Forschungsgelder von wundergläubigen Unbedarften einzutreiben.

Was haben wir?

Die derzeit wohl langlebigste Akku-Technik ist die 100 Jahre alte FeNi-Technik, die über 9000 Entladezyklen für derzeit erhältliche industrielle Zellen angibt, die aber durch regelmäßigen Elektrolyt-Wechsel und Wasserauffüllen wartungsintensiv ist. Die Akkus gasen auch gefährlich. Sie haben jedoch derzeit keine hohe Leistungsdichte, so dass sie für mobilen Betrieb nicht in Frage kommen.

Bestehende Akkus kommen doch real kaum über 1000 Zyklen hinaus, eher weniger. Das liegt auch an den dynamischen Belastungsarten. Die Selbstentladung ist nach wie vor ein großes Problem für Akkus als Langzeitspeicher. (Ausnahmen bestätigen die Regel)

Was brauchen wir?

Ladezyklen

Man beachte: Benötigt werden eher deutlich mehr als 10.000 Ladezyklen (pro Tag zwei Ladezyklen sind auch nur ca. 13 Jahre Lebensdauer), ehrlich gesagt müsste man so 20.000 Entladezyklen, also > 20 Jahre Betrieb schaffen, damit sich das wirklich als Investition privat lohnt. Damit das Produkt NACHHALTIG ist.

Beispiel: Toshiba liefert Energiespeichersystem auf Lithium-Ionenbatteriebasis  Die SCiB™ (S uper  C harge  i on  B attery) Technologie wird von Toshiba mit  über 10.000 Ladezyklen angegeben.

Leistungsdichte

Wir benötigen eine hohe Leistungsdichte, die der von heutigen Brennstoffen nahekommt. Grund ist der immense Platzbedarf für die derzeitigen Speicher, wenn man größere Energiemengen für Städte, oder auch nur für einen Haushalt puffern möchte. Beispiel für aktuell erreichbar maximale Kapazität wäre ein Zinn-Schwefel-Lithium-Akkumulator mit 1100 wh/kg, der derzeit jedoch technisch nicht den Anforderungen an Sicherheit, Wartbarkeit und Lebensdauer gerecht wird. Auch dieser Akku liefert nur ca. 10% der Energiedichte von flüssigen Treibstoffen wie Diesel, Benzin oder Erdgas. mit  8-12 kWh/kg. Quelle: Vergleichbarkeit der Kraftstoffe Erdgas, Benzin (Super) und Diesel (PDF). Aktuelle Akkus haben zwischen 100-200 wh/kg. --> Die Akkukapazität muss also aktuell  um den Faktor 100 von ca. 100 Wh/kg auf 10.000 Wh/kg gesteigert werden, um mit fossilen Brennstoffen mithalten zu können. Ein Beispiel wäre ein Öltank mit 3000 Litern für ein durchschnittliches Einfamilienhaus, das entspricht mal 100 also 300 m3 Raumhinhalt für einen entsprechenden Akku, um die gleiche Energiemenge aufzunehmen und damit mehr als dem Rauminhalt eines ganzen Wohngeschosses des Einfamilienhauses bei heutiger Akkutechnik. Das ist aktuell eine unbrauchbare Alternative.

Geringe Selbstentladung

Der Akku muss eine sehr geringe Selbstentladung aufweisen. So wie manche Spezialakkus für z.B. Fotobedarf, die pro Jahr aktuell nur ca. 15% ihrer Kapazität verlieren, was zwar immer noch viel ist, aber besser als die 1%pro Tag Verlust bei Bleiakkus. Um auf den Vergleich mit dem Öltank zurückzukommen, da sind die Verdunstungsverluste des Öls aus dem Heizungstank minimal, gegen die Selbstentladung in etlichen Prozent pro Monat bei aktuellen Akkus.

Kapazitätskonstanz

Benötigt wird ein Energiespeicher, der die Ladung auch über Jahre noch ohne große Kapazitäts-Verluste bereitstellen kann (z.B. 80% Akku-Kapazität nach zehn Jahren). Was hilft ein guter Akku, der seine Kapazität durch Alterungsprozesse schnell verliert?

Hier sind die NiFe-Akkus ungeschlagen, die verlieren ihre Kapazität nicht. (Müssen aber gewartet werden...)

Schnellladefähigkeit, Entladbarkeit

Wir brauchen Schnell-Ladefähigkeit und verlustarme Schnellentladung, damit Bedarfe angemessen dynamisch abgefedert werden. Ein Negativ-Beislpiel sind da Superkondensatoren, deren Bauweise bei hohem Innenwiderstand nur eine relativ geringe Entladung zulässt, ansonsten überwiegen die internen Verluste bei stärkerer Entladung. Auch hier schreitet die Entwicklung voran. (beim Toschiba-Projekt wird eine Ladfähigkeit in 6min angegeben)

Ökologisch verträglich

Die Akkutechnik muss ungiftig sein, leicht entsorgbar oder noch besser gut wiederverwertbar. Was nützt ein hypothetischer, sagen wir mal "Gallium-Nanodraht-Lithium-Fluor-Phosgen-Gel-Sonstwas-Akku" mit guten technischen Daten, der so giftig ist, dass man ihm sich besser nicht mal auf 10 km nähern sollte? Viele der oben genannten Weiterentwicklungen sind mit extrem giftigen Stoffen beschrieben und bei direkter Umsetzung nicht akzeptabel.

Bezahlbar

Dann wäre da noch etwas, der Preis. Wenn ich für einen Akku so viel zahlen muss, dass er sich in meiner Lebenszeit nicht rentiert, kann ich das Thema vergessen. Eine Ratiorechnung kann man vielleicht bis 20 Jahre noch machen, darüber hinaus klappt das nur, wenn das Gerät wie eine Anlage oder Immobilie auch dann noch weiterverkauft werden könnte.

Derzeit könnte man nur NiFe-Akkus vererben.

Was hindert uns?

Die beschriebene Wunschtechnologie ist auch von hohem militärischen Interesse. Es ist daher davon auszugehen, dass die Weiterarbeit für zivile Anwendungen massiv beeinflusst wird, unbeschadet der sonstigen industrieellen divergierenden Interessen.

Ein weiterer Hinderungsgrund sind die Energie-Konzerne selbst, die weiter ihre Multimilliarden-Riesengeschäfte mit Öl, Gas und Kohle machen möchten, egal was das für Andere kostet. Ich benötigte keine Verschwörungstheorien, es reicht der gesunde Menschenverstand, um abzuschätzen, dass es viele Gruppierungen gibt, die derartige Energiespeicher entweder nicht für die Allgemeinheit zur Verfügung wünschen, oder nur im Geheimen selber nutzen möchten.

Welche Möglichkeiten bestehen?

Somit bleibt ein langanhaltender, nur noch aus historischer Sicht als schnell zu betrachtender Prozess der stückweisen Weiterentwicklung derartiger Technik durch ineffiziente öffentliche Forschung und kleinen Startups, die der Kontrolle durch Schnelligkeit entwischen und gleich an die Öffentlichkeit gehen.

Aber das ist kein Grund aufzugeben. Es bestehen auch andere Lösungsansätze um die Energie zu gewinnen und wieder zu speichern. Es ist zu erwarten, dass die technologische Entwicklung in anderen Fachgebieten Lösungen für Probleme der Akkutechnik bereitstellen wird. Hier wird die Nanotechnologie eine Rolle spielen, die besser nutzbare geometrische Strukturen für Elektroden, Trennmembranen, Elektrolytgele etc. erlauben wird. Trotzdem wird es ein weiter Weg, bis sich Akkus um den Faktor 100 in ihrer Leistungsdichte verändern. Die oben genannten Nachrichten sind hierfür ein Indiz.

Aus meiner Sicht bleiben als Energieträger derzeit Öl und Gas das Mittel der Wahl, diese Energieträger lassen sich gut und verlustarm speichern und transportieren. Bevor nicht eine Speichertechnik mit gleicher Energiedichte bereitsteht, kann es nur darum gehen, möglichst effiziente Techniken zur Erzeugung von Strom aus diesen Kraftstoffen weiterzuentwickeln. Das entstehende CO2 sollte dabei gespeichert und wiederverwertet werden.

Ein dazu passender Ansatz ist die Herstellung von Treibstoffen wie Diesel aus CO2, und die anschließende Wandlung in Strom z.B. mit Brennstoffzellentechnik. Werden dann zur Erzeugung der Treibstofffe regenerative Energien eingesetzt, wird der schädliche Einfluss auf das Weltklima reduziert. Wie man auch immer zur Atomtechnologie steht, die mittels Kernenergie erzeugte Nutzenergie ließe sich trefflich zur Treibstofferzeugung einsetzen.

 

   
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