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StartseiteForschung aktuellNeue Batterien braucht das Land19.08.2009

Neue Batterien braucht das Land

Metall und Luft sollen Elektroautos antreiben

Technik.- Elektroantriebe sind zwar deutlich effizienter als Verbrennungsmotoren. Einer größeren Verbreitung steht vor allem die unausgereifte Batterietechnik entgegen. Auf der Suche nach einer besseren Energiedichte experimentieren Forscher auch mit der sogenannten Metall-Luft-Technik.

Von Sönke Gäthke

Elektroautos müssen noch zu oft am die Steckdose. (AP)
Elektroautos müssen noch zu oft am die Steckdose. (AP)

Metall und Luft - diese Kombination elektrisiert derzeit Ingenieure, Forscher und Politiker, die an der Elektromobilität arbeiten. Metall-Luft-Akkus setzen gespeicherten Strom mit Hilfe von Sauerstoff in der Luft wieder frei.

"Das Besondere an der Metall-Luft-Technik ist die reizvolle hohe Energiedichte, die man damit erzielen kann","

erklärt Jens Tübke, Akkuexperte des Fraunhofer Instituts für Chemische Technologie in Pfinztal bei Karlsruhe das große Interesse der Autoindustrie. Mit der derzeit verfolgten Lithium-Ionen Technik hoffen Ingenieure, 200 Wattstunden pro Kilogramm Batteriegewicht zu speichern. Die neuen Metall-Luft-Systeme sollen fünf bis sieben Mal mehr können, so Wolfgang Steiger, Entwicklungsleiter für Antriebe bei Volkswagen, weil

""man Energiedichten von etwa 1500 Kilowattstunden pro Kilogramm erzielen würde. Damit könnte man etwa 500 Kilometer weit fahren mit einer 100-Kilogramm-Batterie."

Das Auto könnte dann so bleiben, wie es heute ist: langstreckentauglich, für vier Personen mit Platz für Koffer.

Die Idee selbst ist dabei gar nicht neu: Zink-Luft Batterien gibt es bereits seit den 40er-Jahren. Heute denken Forscher wie Hersteller allerdings weiter: Sie setzten zumeist auf Lithium-Metall Akkus. Das Prinzip ist einfach. Ein konventionelle Batterie hat zwei Pole. Bei Metall-Luft-Systemen lassen die Ingenieure einen Pol fort, schneiden ein Loch in die Hülle, durch die Luft in die Batterie kommt, ziehen eine zusätzliche Membran ein - und fertig.

"Ja, das funktioniert im Prinzip so, dass innerhalb der Batterie das Lithium verbrannt wird, zu oxydischen Verindungen des Lithiums, mithilfe des Luftsauerstoffs, der von außen über eine Membran quasi angesaugt wird, durch den Reaktionspartner Lithium."

Das Ganze hat große Ähnlichkeit mit Brennstoffzellen: Das Lithium wird wie Wasserstoff verbrannt. Schwierig ist der umgekehrte Reaktionsprozess, wenn die Batterie wieder aufgeladen werden soll. Das Lithiumoxid muss dabei in der Zelle getrennt werden in Sauerstoff und Lithium. Und dann, so Tübke:

"Dann wächst es halt nicht mehr so schön metallisch kompakt auf, wie ursprünglich in der Batterie positioniert, sondern es wächst so schwammartig auf. Die Oberflächen werden immer größer, das System wird immer reaktiver und kann eben eine ganze Reihe von Nebenreaktionen eingehen, bis zu gefährlichen Reaktionen, die zum Abbrand der ganzen Batterie führen könnten."

Weil sich die Metall-Luft-Zellen so schlecht aufladen lassen, ist auch ein Großversuch mit Zink-Luft versorgten Elektrotransportern im Bremerhafen gescheitert: Die Akkus mussten jedes Mal ausgebaut und auseinandergenommen werden, um die Elektroden wieder funktionstüchtig zu machen. Unter anderem deswegen setzten die Forscher auf die Membran. Sie soll das Lithium - oder auch ein anderes Metall - beim Aufladen wieder schön glatt und kompakt an seine Stelle legen. Nur: Sehr weit sind die Forscher noch nicht gekommen, so der Chemiker:

"Ja, also was man heute im Labor sieht, mit sehr ausgefeilten, aufwendigen Systemen teilweise, kommt man im Besten Fall auf wenige Hundert Zyklen, also so 200, 300 Zyklen, die Zink-Sauerstoff-Systeme haben es nicht wesentlich über 40, 50 Zyklen geschafft."

Entmutigt hat das die Batterieentwickler keineswegs, Lithium-Metall-Akkus entwickeln zu können - mithilfe der Brennstoffzellentechnik:

"Da haben wir im Rahmen unserer Brennstoffzellenmembran-Entwicklung ein derartiges Wissen angehäuft, dass es uns in kürzester Zeit gelungen ist, hier eine leitfähige Membran darzustellen."

Allerdings hält Wolfgang Steiger von VW das Ganze noch für Grundlagenforschung. Und auch Jens Tübke wagt noch keine Prognose, wann die ersten kommerziellen Metall Luft Akkus auf seinen Prüftisch kommen.

"Ich hoffe, ich erlebe es noch in meiner Berufslaufbahn, solche Zellen wirklich mal von einem kommerziellen Anbieter auf den Prüfstand zu bekommen. Man könnte sagen, dass wir 2015 vielleicht funktionierende Prototypen aus den Laboratorien bekommen, die man schon mal in Versuche reinnehmen kann, wann das Ganze kommerziell angeboten werden kann, ist schwierig zu beantworten."

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